Karbida silikon (SiC) tengah mengembangkan industri semikonduktor dan elektronika daya, serta aplikasi sistem suhu tinggi. Karbida silikon metalik dibutuhkan untuk memberi daya pada kendaraan listrik, sistem kedirgantaraan, dan infrastruktur energi terbarukan karena karbida silikon metalik merupakan salah satu konduktor termal tertinggi serta salah satu material yang paling tahan lama dan efisien secara operasional.
Sayangnya, tidak semua material SiC memiliki tingkat kualitas yang sama. Panduan ini akan menjelaskan perbedaan utama antara material SiC 4H dan SiC 6H berdasarkan aplikasi dan kasus penggunaan. Kami juga akan menunjukkan apa yang harus dihindari untuk meningkatkan daya tahan dan estetika setiap material. Mari kita bahas!
Apa itu 4H-SiC dan 6H-SiC?
Susunan atom silikon karbida berbeda antara politipe 4H-SiC dan 6H-SiC meskipun bahan-bahan ini memiliki susunan kimia yang sama. Perbedaan kecil susunan atom antara kedua politipe ini menghasilkan perubahan substansial dalam karakteristik listrik dan pergerakan elektron serta karakteristik termal. Pemilihan bahan silikon karbida menentukan seberapa baik inverter daya berfungsi dalam mobil listrik dan kontrol motor industri serta sistem daya frekuensi tinggi.
Perbedaan Utama Antara 4H-SiC dan 6H-SiC
Pemilihan material SiC yang tepat bergantung pada pemahaman tentang sifat-sifat khusus 4H-SiC dan 6H-SiC. Bagian berikut menyajikan pemeriksaan terperinci parameter struktural listrik dan termal antara 4H-SiC dan 6H-SiC sehingga Anda dapat memilih politipe yang sempurna untuk kebutuhan industri Anda.
Struktur Kristal
Kinerja semikonduktor bergantung pada susunan atom yang menghasilkan kecepatan pergerakan elektron yang berbeda. 4H-SiC menggunakan susunan segi enam empat lapis sementara 6H-SiC menumpuk enam lapis. Susunan atom yang berbeda antara 4H-SiC dan 6H-SiC menghasilkan variasi mobilitas elektron di samping efisiensi dan kinerja waktu respons dalam sistem semikonduktor.
-
4H-SiC memungkinkan tingkat mobilitas elektron sekitar 950 cm²/V·s yang menjadikannya pilihan optimal untuk aplikasi penguat RF dan MOSFET daya.
-
6H-SiC menunjukkan mobilitas elektron pada ~400 cm²/V·s yang membuatnya stabil namun sesuai untuk sistem kontrol daya industri dan aplikasi substrat LED yang tidak memerlukan kemampuan peralihan cepat.
Tegangan Terobosan dan Celah Energi Pita
Celah pita lebar sebesar 3,26 eV pada 4H-SiC memungkinkan material tersebut menahan tegangan tinggi dan suhu ekstrem secara efektif. Material 4H-SiC paling cocok digunakan pada inverter kendaraan listrik dan aplikasi elektronika daya kedirgantaraan. Celah pita sebesar 3,02 eV pada 6H-SiC membuatnya cocok untuk sistem daya sedang yang memerlukan ketahanan panas tanpa memerlukan toleransi tegangan tinggi.
Konduktivitas Termal
Panas yang dihasilkan oleh elektronika daya berkinerja tinggi memerlukan metode pembuangan panas yang efisien untuk menghentikan kegagalan. 4H-SiC menunjukkan konduktivitas termal yang lebih baik daripada 6H-SiC saat pembuangan panas perlu mencapai tingkat maksimum. Insinyur yang bekerja di bidang kedirgantaraan mengembangkan elektronika daya suhu tinggi dengan memilih 4H-SiC karena berfungsi secara efektif di lingkungan operasi yang keras. Sistem propulsi jet beserta satelit bergantung pada unit kontrol daya 4H-SiC agar dapat berfungsi dengan andal dalam kondisi termal yang berubah-ubah.
Di Mana Masing-masing Harus Diterapkan?
Organisasi perlu memilih politipe SiC yang tepat antara kinerja puncak dan operasi yang tidak efisien dalam aplikasi berdaya tinggi yang menuntut. Analisis berikut memberikan informasi terperinci tentang aplikasi 4H-SiC dan 6H-SiC untuk membantu pemilihan industri Anda.
Kapan Memilih 4H-SiC
4H-Silicon Carbide (4H-SiC) merupakan pilihan yang lebih disukai untuk situasi yang membutuhkan peralihan yang sangat baik, efisiensi energi yang tinggi, dan kinerja yang tinggi dalam kondisi yang sulit. Karena celah pita yang besar dan kinerja termal yang luar biasa, bahan ini dapat digunakan dengan sukses dalam elektronika daya tingkat lanjut di industri-industri terkemuka.
-
Inverter Kendaraan Listrik Tesla: Perusahaan ini mengandalkan MOSFET 4H-SiC pada kendaraan listrik mereka untuk membantu inverter menggunakan daya baterai secara lebih efisien. Berkat peralihan cepat dan kehilangan daya yang lebih sedikit pada 4H-SiC, Anda memperoleh jarak tempuh yang lebih baik dari baterai, akselerasi yang lebih cepat, dan pengendaraan yang lebih responsif. Teknologi baru ini memungkinkan Tesla untuk meningkatkan kinerja dan kepuasan pelanggan EV-nya.
-
Konversi tenaga energi terbarukan yang lebih baik: Efisiensi tinggi dalam konversi daya pada tegangan tinggi pada inverter surya dan konverter daya turbin angin dimungkinkan oleh 4H-SiC. Efisiensi energi membantu meningkatkan apa yang dapat diproduksi oleh energi terbarukan dan memangkas biaya, sehingga produsen dan konsumen menikmati energi yang lebih berkelanjutan.
-
Industri yang menggunakan otomatisasi untuk menghemat energi: Banyak organisasi terkemuka, seperti Siemens, mengandalkan 4H-SiC pada penggerak motor dan konverter tegangan tinggi untuk membantu mengurangi kehilangan energi dalam otomasi industri. Karena itu, penggunaan listrik berkurang, peralatan beroperasi lebih lancar, dan biaya perawatan menurun, sehingga mendukung lingkungan dan pabrik.
-
Penggunaan tegangan tinggi dan suhu ekstrim di otomotif dan kedirgantaraan: Kemampuan 4H-SiC untuk bekerja dengan baik pada tegangan tinggi dan suhu yang sangat rendah dan tinggi sangat penting untuk elektronika daya otomotif dan sistem propulsi kedirgantaraan. Kemampuan ini meningkatkan kekuatan dan keamanan komponen, yang membantu kendaraan listrik menggunakan lebih sedikit bahan bakar dan memungkinkan aplikasi kedirgantaraan menjadi lebih ringan.
-
Pesawat listrik generasi berikutnya: Pembuat pesawat listrik menggunakan 4H-SiC untuk merancang sistem tenaga yang ringan dan efektif yang mengurangi penggunaan baterai dan memperpanjang waktu pesawat berada di udara. Teknologi baru dalam penerbangan membantu mencapai keberlanjutan dengan mendukung penerbangan yang lebih tenang, lebih lama, dan lebih bersih baik bagi ekonomi maupun lingkungan.
-
Elektronika luar angkasa NASA: Karena 4H-SiC sangat tahan terhadap radiasi dan tetap stabil pada suhu tinggi, NASA menggunakannya dalam perangkat elektronik instrumen yang ditujukan untuk luar angkasa. Berkat material ini, sistem utama menjadi lebih aman, yang memungkinkan proyek eksplorasi luar angkasa berlangsung dalam jangka waktu yang lebih lama.
Kapan Anda Harus Menggunakan 6H-SiC?
Karena sifatnya yang kuat, fleksibel, dan tahan panas, 6H-Silicon Carbide (6H-SiC) umum digunakan di area yang membutuhkan struktur yang stabil, sementara peralihan yang sangat cepat tidak terlalu penting. Produk ini memberikan solusi yang andal dan ekonomis untuk perangkat yang akan digunakan terus-menerus dalam jangka waktu lama, bahkan di lingkungan yang sulit.
-
LED yang diproduksi pada substrat 6H-SiC: LED yang diproduksi pada substrat 6H-SiC memiliki kualitas kristal yang lebih baik, yang menghasilkan pencahayaan dan layar yang lebih terang dan hemat energi. LED Donaldson bertahan lama dan bersinar terang, menguntungkan pengguna elektronik arsitektur dan konsumen dengan mengurangi penggunaan energi dan kebutuhan perawatan.
-
Sensor resolusi tinggi yang dirancang untuk penggunaan optik: Berkat 6H-SiC, kami dapat merancang sensor optik presisi yang memberikan keluaran panjang gelombang presisi untuk digunakan dalam penelitian, industri, dan kedokteran. Karena sensor ini bekerja dengan baik di bawah panas dan radiasi, pelanggan dapat mengandalkan sensor untuk mendapatkan informasi penting selama diagnostik dan penggunaan rutin.
-
Sensor berbasis ruang angkasa yang dibangun untuk bertahan terhadap paparan radiasi: Kualitas luar biasa dari sensor antariksa yang dibuat dengan 6H-SiC, seperti radiasi rendah dan stabilitas mekanis tinggi, memastikannya baik untuk operasi jangka panjang di antariksa. Dalam kondisi antariksa yang sulit ini, sensor ini membantu memastikan hasil yang benar dan dapat diandalkan untuk observasi Bumi, astronomi, dan ilmu planet.
-
Sistem tenaga listrik berbiaya rendah yang tahan lama: Jika kecepatan switching tidak penting untuk sistem kontrol daya industri, 6H-SiC tahan lama dan lebih murah. Karena dapat beroperasi dalam kondisi ekstrem dan suhu tinggi, pelanggan yang menggunakan peralatannya mendapatkan manfaat dari manajemen energi yang andal, lebih sedikit perbaikan, dan masa pakai yang lebih lama untuk sistem kelistrikan mereka.
Memaksimalkan Kinerja SiC
Untuk memanfaatkan 4H-SiC dan 6H-SiC secara maksimal, penting untuk mengetahui kelebihannya dan menerapkan praktik terbaik dalam penggunaannya. Manajemen termal, desain perangkat, dan persyaratan khusus aplikasi SiC dapat dipertimbangkan oleh para insinyur dan produsen untuk mengoptimalkan kinerja SiC. Berikut ini adalah beberapa cara praktis untuk meningkatkan efisiensi SiC:
-
Pembangkitan Panas yang Efisien: Memungkinkan pembangkitan panas yang substansial dengan keandalan tinggi di lingkungan ekstrem sekaligus cocok untuk peningkatan penggunaan.
-
Pilih Politipe yang Tepat untuk Aplikasi: Untuk perangkat elektronik berdaya tinggi dan berfrekuensi tinggi yang mana efisiensi dan kecepatan pengalihan penting, dipilih 4H-SiC, sedangkan 6H-SiC lebih baik untuk aplikasi yang menginginkan stabilitas struktural dan biaya lebih rendah.
-
Tingkatkan Efisiensi Konversi Daya: Gunakan driver gerbang SiC berkualitas tinggi dan desain sirkuit daya yang meminimalkan kehilangan energi dan memanfaatkan sepenuhnya karakteristik kelistrikan SiC yang luar biasa.
-
Pikirkan Lingkungan: Komponen SiC yang digunakan dalam lingkungan Aerospace, Otomotif dan industri harus diuji untuk menahan perubahan suhu ekstrem dan tekanan mekanis untuk keandalan jangka panjang.
-
Gunakan Teknik Pengemasan Lanjutan: Menurut literatur, induktansi dan kapasitansi parasit dapat dikurangi dengan menggunakan pengemasan yang dirancang dengan benar, yang akan meningkatkan kinerja dan umur sistem secara keseluruhan.
Dengan mengikuti praktik terbaik 4H-SiC dan 6H-SiC ini, industri akan memiliki kemampuan untuk sepenuhnya memanfaatkan keunggulan 4H-SiC dan 6H-SiC dalam elektronika daya dan aplikasi semikonduktor untuk efisiensi, daya tahan, dan efektivitas biaya yang luar biasa.
Kesimpulan
Organisasi harus memilih bahan SiC sesuai dengan kebutuhan aplikasinya karena keputusan ini menentukan efisiensi kinerja dan keandalan sistem serta total biaya operasional. 4H-SiC menonjol sebagai pilihan bahan SiC terbaik untuk aplikasi daya dan frekuensi tinggi yang menuntut dan memberi daya pada kendaraan listrik beserta sistem tenaga industri dan perangkat elektronik kedirgantaraan.
Produsen perlu memilih politipe SiC yang optimal untuk mempertahankan keunggulan kompetitif saat industri mencari peningkatan efisiensi dan ketahanan. Pemilihan material SiC yang tepat akan mendorong inovasi dan keberhasilan pasar melalui pengoptimalan daya dan kemajuan termal serta peningkatan ketahanan komponen dalam pengembangan teknologi generasi mendatang.