Aplicaciones del carburo de silicio

Entre los componentes centrales de los vehículos eléctricos, los módulos de potencia automotrices, que utilizan principalmente tecnología IGBT, desempeñan un papel crucial. Estos módulos no sólo determinan el rendimiento clave del sistema de accionamiento eléctrico, sino que también representan más del 40% del coste del motor inversor. Debido a las importantes ventajas decarburo de silicio (SiC)En comparación con los materiales tradicionales de silicio (Si), los módulos de SiC se han adoptado y promocionado cada vez más en la industria automotriz. Los vehículos eléctricos ahora utilizan módulos de SiC.

El campo de los vehículos de nueva energía se está convirtiendo en un campo de batalla crucial para la adopción generalizada decarburo de silicio (SiC)Dispositivos y módulos de potencia. Los principales fabricantes de semiconductores están implementando activamente soluciones como configuraciones paralelas de SiC MOS, módulos de control electrónico de puente completo trifásico y módulos SiC MOS de grado automotriz, que resaltan el importante potencial de los materiales de SiC. Las características de alta potencia, alta frecuencia y alta densidad de potencia de los materiales de SiC permiten una reducción sustancial en el tamaño de los sistemas de control electrónico. Además, las excelentes propiedades del SiC a altas temperaturas han atraído considerable atención dentro del sector de vehículos de nueva energía, lo que ha generado un vigoroso desarrollo e interés.

Actualmente, los dispositivos basados ​​en SiC más comunes son los diodos Schottky de SiC (SBD) y los MOSFET de SiC. Mientras que los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) combinan las ventajas de los MOSFET y los transistores de unión bipolar (BJT),Sic, como material semiconductor de banda ancha de tercera generación, ofrece un mejor rendimiento general en comparación con el silicio (Si) tradicional. Sin embargo, la mayoría de las discusiones se centran en los MOSFET de SiC, mientras que los IGBT de SiC reciben poca atención. Esta disparidad se debe principalmente al dominio de los IGBT basados ​​en silicio en el mercado a pesar de los numerosos beneficios de la tecnología SiC.

A medida que los materiales semiconductores de banda ancha de tercera generación ganan terreno, los dispositivos y módulos de SiC están surgiendo como posibles alternativas a los IGBT en diversas industrias. Sin embargo, el SiC no ha sustituido completamente a los IGBT. La principal barrera para la adopción es el costo; Los dispositivos de alimentación de SiC son aproximadamente de seis a nueve veces más caros que sus homólogos de silicio. Actualmente, el tamaño de oblea de SiC convencional es de seis pulgadas, lo que requiere la fabricación previa de sustratos de Si. La mayor tasa de defectos asociada con estas obleas contribuye a sus elevados costos, lo que limita sus ventajas de precio.

Si bien se han realizado algunos esfuerzos para desarrollar IGBT de SiC, sus precios generalmente no son atractivos para la mayoría de las aplicaciones del mercado. En industrias donde el costo es primordial, las ventajas tecnológicas del SiC pueden no ser tan convincentes como los beneficios de costos de los dispositivos de silicio tradicionales. Sin embargo, en sectores como la industria automovilística, que son menos sensibles al precio, las aplicaciones de MOSFET de SiC han seguido avanzando. A pesar de esto, los MOSFET de SiC ofrecen ventajas de rendimiento sobre los IGBT de Si en ciertas áreas. En el futuro previsible, se espera que ambas tecnologías coexistan, aunque la actual falta de incentivos de mercado o demanda técnica limita el desarrollo de IGBT de SiC de mayor rendimiento.

En el futuro,carburo de silicio (SiC)Se espera que los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) se implementen principalmente en transformadores electrónicos de potencia (PET). Los PET son cruciales en el campo de la tecnología de conversión de energía, especialmente para aplicaciones de media y alta tensión, incluida la construcción de redes inteligentes, la integración de energía en Internet, la integración de energía renovable distribuida y los inversores de tracción de locomotoras eléctricas. Han obtenido un amplio reconocimiento por su excelente controlabilidad, alta compatibilidad del sistema y rendimiento superior de calidad de energía.

Sin embargo, la tecnología tradicional de PET enfrenta varios desafíos, incluida una baja eficiencia de conversión, dificultades para mejorar la densidad de potencia, altos costos y una confiabilidad inadecuada. Muchos de estos problemas surgen de las limitaciones de resistencia de voltaje de los dispositivos semiconductores de potencia, que requieren el uso de estructuras complejas en serie de múltiples etapas en aplicaciones de alto voltaje (como aquellas que se aproximan o superan los 10 kV). Esta complejidad conduce a un mayor número de componentes de potencia, elementos de almacenamiento de energía e inductores.

Para abordar estos desafíos, la industria está investigando activamente la adopción de materiales semiconductores de alto rendimiento, específicamente IGBT de SiC. Como material semiconductor de banda ancha de tercera generación, el SiC cumple con los requisitos para aplicaciones de alto voltaje, alta frecuencia y alta potencia debido a su intensidad de campo eléctrico de ruptura notablemente alta, amplia banda prohibida, rápida tasa de migración de saturación de electrones y excelente conductividad térmica. Los IGBT de SiC ya han demostrado un rendimiento excepcional en el rango de voltaje medio y alto (incluidos, entre otros, 10 kV e inferiores) dentro del campo de la electrónica de potencia, gracias a sus características de conducción superiores, velocidades de conmutación ultrarrápidas y una amplia área de operación segura.

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