Układy mocy z węgliku krzemu dla wszystkich

Węglik krzemu (SiC) - szerokoprzerwowy półprzewodnik - wykorzystywany jest obecnie do produkcji najbardziej zaawansowanych półprzewodnikowych urządzeń mocy (m.in. diod, tranzystorów MOSFET i modułów IGBT). Dzięki wykorzystaniu tego półprzewodnika układy te charakteryzują się wyższą częstotliwością pracy, większą wydajnością, większym maksymalnym prądem i napięciem pracy, a także podwyższoną maksymalną temperaturą pracy. Tranzystory z SiC produkują o 30% mniej ciepła niż ich krzemowe odpowiedniki, jednakże dotychczasowo nie przyjęły się szeroko w elektronice, z uwagi na ich cenę. Elementy mocy z SiC są średnio pięć razy droższe od krzemowych odpowiedników.

Badacze z Uniwersytetu Stanowego w Nowej Karolinie w USA (NCSU) pod kierownictwem profesora Jaya Baliga twierdzą, że czynnikiem najbardziej zwiększającym koszty produkcji układów z węglika krzemu są dedykowane i złożone procesy produkcyjne. W ramach swoich badań próbują oni opracować tańsze i prostsze ich zamienniki, które umożliwią redukcję kosztów produkcji tych elementów.

Badacze z NCSU w ramach programu PRESiCE (Inżynieria Procesora i Produkcyjna dla Urządzeń z SiC) współpracują z firmą Texas Instruments nad stworzeniem i implementacją tańszych alternatyw dla obecnie używanych procesów produkcji układów z węgliku krzemu.

W ramach opisywanego projektu naukowcy chcą stworzyć nowe procesy produkcyjne dla układów SiC, które mają być nie tylko tańsze w realizacji, ale także wydajniejsze niż stosowane dotychczasowo. Jak mówi Baliga, dzięki niskim kosztom licencjonowania nowych technologii, możliwe ma być proste wprowadzenie ich do produkcji. Zaowocować ma to szybkim wprowadzeniem ich do produkcji, dzięki czemu układy z SiC mają być nie droższe od krzemowych o więcej niż 50%.

Wykorzystanie elementów mocy z węglika krzemu ma wiele zalet. Oprócz możliwości pracy w wyższej temperaturze i z większymi prądami, tranzystory z SiC mogą pracować z wyższą częstotliwością. Dzięki temu układy mocy mogą korzystać z szybszego przełączania, co przekłada się na możliwość zastosowania mniejszych kondensatorów i cewek, dzięki czemu możliwe jest zwiększenie gęstości mocy w urządzeniach.

Aby udowodnić możliwości nowych układów wykorzystujących technologie opracowane w ramach PRESiCE, badacze opracowali zasilacz 1,2 kV wykorzystujący tranzystory MOSFET, ACCUFET i diody JBS z SiC. Dzięki wykorzystaniu układów z węglika krzemu udało się zmniejszyć wielkość urządzenia o około 40%.

Źródło: http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1332326&