เซมิคอนดักเตอร์ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์มีขนาดเล็ก ทรงพลัง และมีประสิทธิภาพสูง สามารถช่วยยกระดับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังในแบตเตอรี่และเซ็นเซอร์ไปอีกขั้น ซึ่งมีส่วนสำคัญต่อความก้าวหน้าในยานยนต์ไฟฟ้าและสนับสนุนการเปลี่ยนผ่านสู่ระบบดิจิทัลของอุตสาหกรรม  
   
 

เซมิคอนดักเตอร์ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ประมวลผลไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมในบางการใช้งานที่สำคัญ เทคโนโลยีใหม่นี้จึงเป็นที่น่าสนใจอย่างยิ่งสำหรับผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้า เนื่องจากการใช้เซมิคอนดักเตอร์ SiC ช่วยปรับปรุงการควบคุมแบตเตอรี่ ช่วยประหยัดพลังงาน จึงช่วยยืดอายุการใช้งานของรถยนต์ไฟฟ้าได้อย่างมาก นอกจากนี้ เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ SiC ยังช่วยให้การชาร์จเร็วขึ้นอีกด้วย ปัจจุบัน รถยนต์ไฟฟ้าทุกคันมีเซมิคอนดักเตอร์อยู่มากมายแล้ว ในอนาคต อุปกรณ์แปลงพลังงาน SiC จะได้รับความนิยมมากขึ้นเป็นพิเศษ เนื่องจากมีข้อดีในด้านความเร็วในการสลับ การสูญเสียความร้อน และขนาดกะทัดรัด บริษัทอื่นๆ เช่น ผู้ให้บริการเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ ผู้ผลิตสมาร์ทโฟน และอุตสาหกรรมยานยนต์ ก็มีความหวังสูงสำหรับไมโครชิปเหล่านี้เช่นกัน
 

ข้อดีและการประยุกต์ใช้ของสารกึ่งตัวนำ SiC    
   

ครั้ง 10

เมื่อเปรียบเทียบกับสารกึ่งตัวนำซิลิคอนแบบดั้งเดิม สารกึ่งตัวนำอิเล็กทรอนิกส์กำลัง SiC สามารถผลิตได้จากวัสดุที่มีขนาดเล็กกว่ามาก เป็นไปได้เพราะมีแบนด์วิดท์ที่กว้างกว่า ทำให้สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าได้โดยมีการสูญเสียความร้อนน้อยกว่า ในขณะที่สารกึ่งตัวนำซิลิคอนต้องมีขนาดใหญ่กว่ามากเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพในระดับเดียวกัน

 
 

ลดได้สูงสุดถึง 50%

เซมิคอนดักเตอร์ SiC มีการสูญเสียความร้อนมากกว่าเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปที่ทำจากซิลิคอน ดังนั้น พื้นที่การใช้งานที่สำคัญของเซมิคอนดักเตอร์ SiC จึงอยู่ในด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ซึ่งก็คือการแปลงพลังงานไฟฟ้าให้เป็นรูปแบบที่อุปกรณ์ต่างๆ สามารถใช้งานได้ ตัวอย่างเช่น ในแล็ปท็อป เซมิคอนดักเตอร์จะซ่อนอยู่ในหม้อแปลงของที่ชาร์จ ที่ผ่านมา เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนถูกนำมาใช้เพื่อจุดประสงค์นี้เป็นหลัก แต่พวกมันปล่อยพลังงานออกมาในรูปของความร้อนจำนวนมาก การใช้เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ช่วยลดการสูญเสียความร้อนได้อย่างมาก และมีพลังงานเหลือใช้สำหรับการชาร์จมากขึ้น  
 
 
  300–500％  

ทรานซิสเตอร์ SiC ยังสามารถเพิ่มความถี่ในการสวิตช์ได้เมื่อเทียบกับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน นี่เป็นอีกเหตุผลหนึ่งที่ทำให้สารกึ่งตัวนำ SiC สามารถนำมาใช้สร้างชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กกว่าอย่างเห็นได้ชัด  
 
 
 

% 10 15 ไป%

เซมิคอนดักเตอร์ SiC อาจช่วยให้รถยนต์ไฟฟ้าวิ่งได้ไกลขึ้น เนื่องจากสามารถแปลงพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ส่งผลให้ผู้ผลิตรถยนต์สามารถติดตั้งแบตเตอรี่ขนาดเล็กลงในรถยนต์ไฟฟ้าได้ นี่เป็นผลดีต่อผู้ผลิตทุกฝ่ายและสามารถสร้างแรงผลักดันให้กับอุตสาหกรรมได้

 
 

เหมาะสำหรับเทคโนโลยี 5G สมัยใหม่

เซมิคอนดักเตอร์ SiC ก็เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมเช่นกัน เครือข่ายความเร็วสูงพิเศษจะต้องการพลังงานและประสิทธิภาพมหาศาล โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากส่วนประกอบโครงสร้างพื้นฐาน เช่น สถานีส่งสัญญาณ ในอนาคต ผู้ผลิตอาจใช้เซมิคอนดักเตอร์ SiC เพื่อให้สมาร์ทโฟนชาร์จเร็วขึ้น นอกจากนี้ เซมิคอนดักเตอร์ใหม่นี้ยังเหมาะสำหรับเครื่องชาร์จไร้สายและเซิร์ฟเวอร์ในศูนย์ข้อมูลอีกด้วย  
 
 

ความเป็นไปได้ที่ไม่มีที่สิ้นสุด

เซมิคอนดักเตอร์ SiC เปิดทางสู่การแปลงกระบวนการทางอุตสาหกรรมให้เป็นระบบดิจิทัล ตัวอย่างเช่น กระบวนการที่ต้องการความเร็วสูงเป็นพิเศษจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง สามารถรองรับได้ดียิ่งขึ้นด้วยระบบเซ็นเซอร์ที่เร็วขึ้น การใช้อุปกรณ์เคลื่อนที่ที่ควบคุมด้วย 5G ซึ่งใช้เซมิคอนดักเตอร์ SiC ยังมีศักยภาพอย่างมากในการเพิ่มประสิทธิภาพของอุตสาหกรรม 4.0 ให้ดียิ่งขึ้นไปอีก

 

$ 412 พันล้าน

มูลค่าการซื้อขายรวมของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดในปีที่ผ่านมา เซมิคอนดักเตอร์ SiC ยังคงเป็นสินค้าเฉพาะกลุ่ม โดยมียอดขายประมาณ 500 ล้านดอลลาร์สหรัฐ อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมคาดการณ์ว่ารถยนต์ไฟฟ้าจะทำให้ยอดขายเติบโตอย่างรวดเร็ว โดยเพิ่มขึ้น 10% ถึง 25% ต่อปีระหว่างปี 2020 ถึง 2022 และมากกว่า 40% ภายในปี 2023  
 
โดยพื้นฐานแล้ว สารกึ่งตัวนำทั้งหมดทำมาจากผลึก ซึ่งผลิตจากผง (เช่น ซิลิคอนหรือซิลิคอนคาร์ไบด์) ที่อุณหภูมิสูงมาก จากนั้นจึงตัดผลึกเหล่านั้นเป็นแผ่นบางๆ เรียกว่าเวเฟอร์ วงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อนมากสามารถนำมาเคลือบลงบนเวเฟอร์ได้ จนในที่สุดก็กลายเป็นอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์  การผลิตวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ SiC ใหม่  
  มากกว่า 50 ปี  
มีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการผลิตสารกึ่งตัวนำซิลิคอนคาร์ไบด์และการเจริญเติบโตของผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ โดยการเจริญเติบโตของผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ส่วนใหญ่ใช้กระบวนการขนส่งไอระเหยทางกายภาพ (PVT) ผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาดเล็กถูกสร้างขึ้นที่อุณหภูมิสูงและความดันต่ำ อนุภาคจะเคลื่อนที่ผ่านก๊าซพาหะไปยังผลึกต้นแบบที่เย็นกว่า ซึ่งจะเกิดการตกผลึกเนื่องจากภาวะอิ่มตัวยิ่งยวด

 

2400 องศาเซลเซียส

อุณหภูมิดังกล่าวมีความจำเป็นต่อกระบวนการเจริญเติบโตของวัสดุผลึกเดี่ยวซิลิคอนคาร์ไบด์ ในขณะที่ผลึกซิลิคอนทั่วไปต้องการอุณหภูมิเพียงประมาณ 1,500 องศาเซลเซียสเท่านั้น

 

เพื่อ 10 14 วัน

ระยะเวลาที่ต้องใช้ในการปลูกผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์ในเตาเผา คือระยะเวลาที่ยาวนานกว่า ซึ่งเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ทำให้ผลึกซิลิคอนคาร์ไบด์มีราคาแพงกว่าผลึกซิลิคอนทั่วไปที่สามารถปลูกได้ภายในสองวัน รวมทั้งยังใช้พลังงานสูงกว่ามากด้วย

 

150mm เส้นผ่าศูนย์กลาง

ขนาดของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ในปัจจุบันนั้นมีขนาดเท่านี้ ในไม่ช้าแผ่นเวเฟอร์ SiC ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 200 มิลลิเมตรจะถูกผลิตในระดับอุตสาหกรรม เมื่อถึงเวลานั้น ขนาดของมันจะถึงมาตรฐานของอุตสาหกรรมซิลิคอนแบบดั้งเดิม ทำให้เกิดความก้าวหน้าครั้งสำคัญในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ SiC เป็นพื้นฐาน