Quale ruolo svolge il carburo di silicio (SIC) nell’industria dei semiconduttori?
Carburo di silicio nero (SiC)
In quanto materiale principale dei semiconduttori di terza generazione, il ruolo chiave del carburo di silicio (SiC) nell’industria dei semiconduttori può essere riassunto come segue:
1. Innovazione delle prestazioni dei materiali
Caratteristiche di ampio bandgap
La larghezza della banda proibita è di 3,3 eV (1,1 eV per il silicio) e l’intensità del campo elettrico di rottura è 10 volte superiore a quella del silicio, il che lo rende adatto a scenari ad alta tensione (come i sistemi di propulsione elettrica dei nuovi veicoli energetici).
Elevata conduttività termica
La conduttività termica è di 4,9 W/cm·K (1,5 W/cm·K per il silicio) e l’efficienza di dissipazione del calore è aumentata di 3 volte, il che riduce la temperatura di funzionamento del dispositivo e migliora
affidabilità.
Caratteristiche ad alta frequenza e alta velocità
La velocità di deriva della saturazione degli elettroni raggiunge 2×10⁷cm/s (il doppio di quella del silicio), la velocità di commutazione è 100 volte più veloce di quella dei dispositivi al silicio e la perdita di energia è ridotta del 50%-70%.
adatto per applicazioni ad alta frequenza.
2. Aree di applicazione principali
Dispositivi di potenza
Veicoli a nuova energia : utilizzati nei controller dei motori, nei caricabatterie di bordo (OBC), nei convertitori CC/CC, ecc. per migliorare l’autonomia di guida e l’efficienza di ricarica.
Fotovoltaico/Accumulo di energia : ottimizza l’efficienza dell’inverter e riduci la perdita di energia.
Trasporto ferroviario/rete intelligente : migliorare la stabilità del sistema elettrico e supportare la trasmissione di energia ad alta tensione.
Dispositivi RF: sfruttano un’elevata resistenza alle radiazioni e conduttività termica per essere applicati a scenari ad alta frequenza, come stazioni base per comunicazioni 5G e radar.
Altri dispositivi a semiconduttore
Substrato LED : utilizzato per la produzione di chip LED ad alta luminosità.
Sensori e dispositivi superconduttori: la resistenza alle alte temperature e la stabilità chimica li rendono adatti ad ambienti estremi (come quello aerospaziale).
3. Miglioramento e promozione industriale
Sostituzione dei materiali tradizionali in silicio
Sostituire gradualmente i dispositivi al silicio nei campi ad alta tensione superiori a 1200 V, ridurre il volume a 1/10 e ottenere un peso ridotto.
Innovazioni tecnologiche nella filiera industriale
Preparazione del substrato monocristallino: miglioramento della qualità dei cristalli e riduzione della densità dei difetti mediante metodi PVT e in fase liquida.
Lavorazione di precisione : le macchine per incisione e fresatura della ceramica, combinate con utensili diamantati, raggiungono una precisione di lavorazione di livello nanometrico per garantire lo stampaggio di strutture complesse.
4. Espansione degli scenari emergenti
Data center e intelligenza artificiale
Migliora l’efficienza della conversione di potenza, riduce i tempi di elaborazione dei dati e supporta i requisiti di potenza di calcolo dell’intelligenza artificiale.
Elettronica di consumo
Ridurre le dimensioni e aumentare la durata della batteria nei dispositivi AR/VR.
Grazie alle sue proprietà uniche, il carburo di silicio sta spingendo l’industria dei semiconduttori verso scenari ad alta efficienza, alta frequenza, alta temperatura e alta pressione, diventando un pilastro tecnologico nell’elettronica di potenza, nelle comunicazioni, nelle nuove energie e in altri settori.