Sono piccoli, potenti ed estremamente efficienti: i semiconduttori in carburo di silicio possono contribuire a portare l'elettronica di potenza nelle batterie e nei sensori a un livello superiore, dando un contributo fondamentale alle innovazioni nel settore dei veicoli elettrici e supportando la digitalizzazione dell'industria.  
   
 

In alcune importanti applicazioni, i semiconduttori realizzati in carburo di silicio (SiC) elaborano l'elettricità in modo più efficiente rispetto ai semiconduttori tradizionali. Questa nuova tecnologia è quindi di particolare interesse per i produttori di veicoli elettrici: grazie all'utilizzo di semiconduttori in SiC, un migliore controllo della batteria contribuisce al risparmio energetico, aumentando significativamente la durata di vita dei veicoli elettrici. I semiconduttori a base di SiC consentono inoltre una ricarica più rapida. Oggi, molti semiconduttori sono già presenti in ogni auto elettrica. In futuro, i dispositivi di conversione in SiC si affermeranno in particolare grazie ai loro vantaggi in termini di velocità di commutazione, dissipazione del calore e dimensioni compatte. Anche altre aziende, come i gestori di rete mobile, i produttori di smartphone e l'industria dell'automazione, ripongono grandi speranze in questi microchip.
 

Vantaggi e applicazioni dei semiconduttori SiC    
   

volte 10

Rispetto ai tradizionali semiconduttori al silicio, i semiconduttori di potenza in SiC possono essere realizzati con materiali di dimensioni molto inferiori. Ciò è possibile grazie alla loro maggiore larghezza di banda, che consente di convertire l'energia elettrica con minori perdite di calore. I semiconduttori al silicio, invece, devono essere molto più grandi per ottenere le stesse prestazioni.

 
 

Riduzione fino al 50%

Rispetto ai semiconduttori convenzionali in silicio, i semiconduttori in SiC presentano perdite di calore. Pertanto, un'importante area di applicazione per i semiconduttori in SiC è l'elettronica di potenza, ovvero la conversione dell'energia elettrica in una forma utilizzabile dai dispositivi. In un computer portatile, ad esempio, il semiconduttore è integrato nel trasformatore del caricabatterie. Finora, per questo scopo sono stati utilizzati principalmente semiconduttori in silicio, che tuttavia emettono grandi quantità di energia sotto forma di calore. L'utilizzo di semiconduttori in carburo di silicio riduce notevolmente le perdite di calore e consente di ottenere una maggiore quantità di energia per la ricarica.  
 
 
  300–500%  

I transistor in SiC possono anche aumentare la frequenza di commutazione rispetto ai transistor al silicio. Questo è un altro motivo per cui i semiconduttori in SiC possono essere utilizzati per creare componenti di dimensioni notevolmente ridotte.  
 
 
 

10% a% 15

I semiconduttori al carburo di silicio (SiC) potrebbero consentire una maggiore autonomia per i veicoli elettrici grazie alla loro maggiore efficienza nella conversione dell'energia. Di conseguenza, le case automobilistiche potrebbero installare batterie più piccole nei loro veicoli elettrici. Si tratta di una soluzione vantaggiosa per i produttori e in grado di dare nuovo slancio al settore.

 
 

Adatto alla moderna tecnologia 5G

I semiconduttori SiC sono ideali anche per questo scopo. Le reti ultraveloci richiederanno enormi quantità di potenza e prestazioni, soprattutto da parte dei componenti infrastrutturali come le stazioni di trasmissione. Per velocizzare la ricarica degli smartphone, i produttori potrebbero utilizzare in futuro i semiconduttori SiC. Inoltre, questi nuovi semiconduttori sono ideali per i caricabatterie wireless e i server dei data center.  
 
 

Infinite possibilità

I semiconduttori SiC aprono la strada alla digitalizzazione dei processi industriali. Ad esempio, i processi che richiedono velocità particolarmente elevate dall'elettronica di potenza possono essere supportati in modo più efficiente con sistemi di sensori più veloci. L'utilizzo di dispositivi mobili controllati tramite 5G e basati su semiconduttori SiC offre inoltre un grande potenziale per un'ulteriore ottimizzazione dell'Industria 4.0.

 

$412 miliardi

Il fatturato dell'intero settore dei semiconduttori lo scorso anno. I semiconduttori SiC rimangono un prodotto di nicchia, con vendite pari a circa 500 milioni di dollari. Tuttavia, gli esperti del settore prevedono che i veicoli elettrici faranno crescere rapidamente le vendite, dal 10% al 25% all'anno tra il 2020 e il 2022 e di oltre il 40% entro il 2023.  
 
In sostanza, tutti i semiconduttori sono costituiti da cristalli, che a loro volta vengono prodotti a partire da polveri (come silicio o carburo di silicio) ad altissime temperature. I cristalli vengono poi tagliati in sottili lamelle chiamate wafer. Sui wafer è possibile depositare circuiti elettronici molto complessi, dando origine a dispositivi microelettronici.  Produzione di nuovi materiali semiconduttori SiC  
  oltre 50 anni  
Sono state condotte numerose ricerche sulla produzione di semiconduttori al carburo di silicio e sulla crescita di cristalli di carburo di silicio. La crescita di questi ultimi avviene principalmente tramite il processo di trasporto fisico in fase vapore (PVT). I piccoli cristalli di carburo di silicio vengono prodotti ad alte temperature e basse pressioni. Le particelle passano attraverso il gas vettore fino al cristallo seme più freddo, dove avviene la cristallizzazione per sovrasaturazione.

 

Gradi Celsius 2400

È necessario per il processo di crescita del materiale monocristallino di carburo di silicio. Al contrario, i cristalli di silicio convenzionali richiedono solo temperature di circa 1,500 gradi.

 

10 a 14 giorni

Il tempo necessario per far crescere i cristalli di carburo di silicio nel forno è un fattore determinante. Questo, insieme al consumo energetico significativamente più elevato, è uno dei motivi per cui sono più costosi dei normali cristalli di silicio, che possono essere coltivati ​​in due giorni.

 

diametro 150mm

è la dimensione dei wafer di carburo di silicio di recente produzione. Presto, i wafer di SiC con un diametro di 200 mm saranno prodotti su scala industriale. A quel punto, le loro dimensioni raggiungeranno gli standard dell'industria "tradizionale" basata sul silicio, realizzando così una svolta nei prodotti elettronici basati sul SiC.