Węglik krzemu

Wyższe napięcie przebicia
SiC ma wyższe napięcie przebicia w porównaniu do krzemu, co pozwala na projektowanie urządzeń zasilających o wyższym napięciu. SiC działa przy napięciu powyżej 10 kV, znacznie powyżej tego, co można obecnie zastosować. Dostępne są urządzenia SiC o napięciu znamionowym 1200 V i 1700 V.

Wyższa przewodność cieplna
SiC ma wyższą przewodność cieplną w porównaniu do krzemu, co prowadzi do lepszego zarządzania ciepłem i mniejszych strat mocy. Wydajność krzemu pogarsza się w wyższych temperaturach, podczas gdy SiC jest znacznie bardziej stabilny.

Wyższa temperatura robocza
SiC może pracować w wyższych temperaturach w porównaniu do krzemu, co skutkuje lepszą niezawodnością i dłuższą żywotnością urządzeń. Urządzenie krzemowe ma zazwyczaj zbyt-specyfikację w temperaturze pokojowej, aby zachować specyfikację w wyższych temperaturach. Zwykle urządzenie SiC o połowie prądu znamionowego będzie wykonywać tę samą pracę, co krzemowy IGBT, ponieważ SiC jest znacznie bardziej stabilny w wyższych temperaturach i nie wymaga znacznego obniżania wartości znamionowych.

Wyższa częstotliwość przełączania
Wyższe częstotliwości oznaczają mniejszy rozmiar i wagę magnesów, ponieważ wartości składników filtra LC transformatora stają się znacznie niższe. SiC może włączać i wyłączać znacznie szybciej w porównaniu do krzemu, co skutkuje lepszą gęstością mocy i wydajnością w zastosowaniach energoelektroniki.

Niższy spadek napięcia przewodzenia
SiC ma niższy spadek napięcia w przewodzie w porównaniu z krzemem, a wirtualny brak prądu końcowego umożliwia szybsze wyłączenie i znacznie niższe straty. Ponieważ jest mniej energii do rozproszenia, urządzenie SiC może przełączać się przy wyższych częstotliwościach i poprawiać wydajność.

Węglik krzemu (SiC) to związek chemiczny składający się z węgla i krzemu. Jest znany ze swoich doskonałych właściwości ściernych i od ponad wieku jest używany do produkcji ściernic i innych produktów ściernych. Jednakże został on również przekształcony w wysokiej-jakości ceramikę techniczną o szerokim zakresie zastosowań.

Jedną z kluczowych właściwości chemicznych węglika krzemu jest jego odporność na kwasy i zasady. Nie rozpuszcza się w kwasach ani zasadach, ale może zostać zaatakowany przez stopione alkalia oraz stopione niektóre metale i tlenki metali. Może wytrzymać temperatury do 1500 stopni w gazie obojętnym lub atmosferze redukującej.

Pod względem właściwości fizycznych węglik krzemu ma niską gęstość, wysoką wytrzymałość i niską rozszerzalność cieplną. Ma również wysoką przewodność cieplną, wysoką twardość i wysoki moduł sprężystości. Te właściwości sprawiają, że nadaje się do różnych zastosowań, takich jak materiały ścierne, materiały ogniotrwałe, ceramika i-komponenty o wysokiej wydajności.

Węglik krzemu jest wysoce obojętny i nie jest atakowany przez kwasy, zasady ani stopione sole do 800 stopni. Na powietrzu tworzy w temperaturze 1200 stopni ochronną powłokę z tlenku krzemu, dzięki czemu można go stosować w temperaturach do 1600 stopni. Wysoka przewodność cieplna i niska rozszerzalność cieplna w połączeniu z dużą wytrzymałością zapewniają wyjątkową odporność na szok termiczny.

Materiał jest również przewodnikiem elektrycznym i znajduje zastosowanie w ogrzewaniu oporowym, zapalnikach płomieni i elementach elektronicznych. Czystość chemiczna i odporność na ataki chemiczne w wysokich temperaturach sprawiają, że jest popularny w piecach półprzewodnikowych jako wsporniki i łopatki do tacek waflowych. Dodatkowo stosowany jest w oporowych elementach grzejnych pieców elektrycznych oraz jako kluczowy element termistorów i warystorów.

Pod względem właściwości termicznych węglik krzemu ma stosunkowo wysoką przewodność cieplną i niski współczynnik rozszerzalności cieplnej w porównaniu do innych materiałów ceramicznych. Skutkuje to korzystną odpornością na szok termiczny, dzięki czemu nadaje się do zastosowań, w których występują szybkie zmiany temperatury.

Z czego wykonany jest krzem i węglik krzemu?

Zsyntetyzowany w najczystszej postaci krzem tworzy strukturę krystaliczną, w której pojedynczy atom krzemu tworzy wiązanie z czterema innymi sąsiadującymi atomami krzemu. To podłoże na bazie krzemu można następnie domieszkować różnymi innymi elementami, tworząc złącza półprzewodnikowe na płytce podłoża krzemowego.

Z drugiej strony węglik krzemu jest mieszanką atomów krzemu i węgla, która tworzy różnorodne struktury krystaliczne. Najszerzej stosowanymi strukturami do stosowania w półprzewodnikach są węglik krzemu 3C, 4C i 6H, z których wszystkie mają różne właściwości elektryczne i zalety po dodaniu różnych pierwiastków. Wafle krzemowe dorastają do 8–12 cali i powstają ze stopionej fazy czystego krzemu. Jednakże węglik krzemu zazwyczaj syntetyzuje się z fazy gazowej i może urosnąć do sześciu cali.

Właściwości krzemu i węglika krzemu: moc i prędkość
Biorąc pod uwagę jego zdolność do wytrzymywania wyższych pól elektrycznych, materiały podłoża z węglika krzemu mogą wytrzymać wyższe napięcia przed uszkodzeniem. Krzem ma napięcie przebicia około 600 V, podczas gdy węglik krzemu może wytrzymać napięcia 5-10 razy wyższe. W praktyce oznacza to, że w zastosowaniach wymagających dużej mocy będzie można wykorzystać technologię półprzewodnikową lub że urządzenie o tej samej różnicy napięcia może być prawie dziesięciokrotnie mniejsze. Węglik krzemu może przełączać się z prawie dziesięciokrotnie większą szybkością niż krzem, co skutkuje mniejszymi obwodami sterującymi.

Zastosowania krzemu i węglika krzemu w prawdziwym świecie
Świetnym przykładem branżowym zastosowania węglika krzemu zamiast krzemu jest przemysł pojazdów elektrycznych. Podczas jazdy pojazdem elektrycznym układ elektroniczny zaprojektowano tak, aby obsługiwał pełne obciążenie mocy pojazdu, co jest możliwe zarówno w przypadku konstrukcji opartych na krzemie, jak i węgliku-krzemu. Krzemowe tranzystory IGBT są powszechnie stosowane w falownikach pojazdów elektrycznych, gdzie napędzają silniki-zasilane akumulatorowo. Jednakże, biorąc pod uwagę normalny cykl jazdy samochodu (tj. brak pełnego obciążenia), wysoka rezystywność krzemu sprawia, że ​​jest on raczej nieefektywny. Ponieważ węglik krzemu może sprostać tym samym wymaganiom projektowym obciążenia przy znacznie mniejszych rozmiarach, węglik krzemu staje się znacznie bardziej wydajny i może następnie zwiększyć wydajność całego systemu inwertera o prawie 80%.