Silisyum karbür (SiC), yarı iletken ve güç elektroniği endüstrilerinin yanı sıra yüksek sıcaklık sistemi uygulamalarını da geliştiriyor. Metalik silisyum karbür, elektrikli araçlara, havacılık sistemlerine ve yenilenebilir enerji altyapısına güç sağlamak için gereklidir çünkü metalik silisyum karbür, en yüksek termal iletkenlerden biri olmasının yanı sıra en dayanıklı ve operasyonel olarak en verimli malzemelerden biridir.
Ne yazık ki, tüm SiC malzemeleri aynı kalite seviyesinde değildir. Bu kılavuz, uygulamalara ve kullanım durumlarına göre 4H SiC ve 6H SiC malzemeleri arasındaki temel farkı açıklayacaktır. Ayrıca, her bir malzemenin dayanıklılığını ve estetiğini artırmak için nelerden kaçınmanız gerektiğini de belirteceğiz. Hadi başlayalım!
4H-SiC ve 6H-SiC Nedir?
Atomların düzenlenmesi silisyum karbür 4H-SiC ve 6H-SiC politipleri arasında, bu malzemeler ortak bir kimyasal yapıya sahip olsalar bile, farklılıklar vardır. Bu iki politip arasındaki küçük atomik düzenleme farkı, elektriksel özelliklerde ve elektronların hareketinde ve termal özelliklerde önemli değişikliklere neden olur. Silisyum karbür malzeme seçimi, güç invertörlerinin elektrikli otomobillerde ve endüstriyel motor kontrollerinde ve yüksek frekanslı güç sistemlerinde ne kadar iyi çalıştığını belirler.
4H-SiC ve 6H-SiC Arasındaki Temel Farklar
Uygun SiC malzemesinin seçimi, 4H-SiC ve 6H-SiC'nin farklı özelliklerinin anlaşılmasına bağlıdır. Aşağıdaki bölüm, endüstriyel gereksinimleriniz için mükemmel politipi seçebilmeniz için 4H-SiC ve 6H-SiC arasındaki yapısal elektriksel ve termal parametrelerin ayrıntılı bir incelemesini sunar.
Kristal Yapısı
Yarı iletken performansı, farklı elektron hareket hızları üreten atomik düzenlemeye bağlıdır. 4H-SiC dört katmanlı altıgen istifleme kullanırken 6H-SiC altı katman istifler. 4H-SiC ve 6H-SiC arasındaki farklı atomik düzenlemeler, yarı iletken sistemlerde verimlilik ve tepki süresi performansının yanı sıra elektron hareketliliğinde de değişikliklere neden olur.
-
4H-SiC, yaklaşık 950 cm²/V·s'lik elektron hareketlilik seviyelerine olanak tanır ve bu da onu RF amplifikatörleri ve güç MOSFET uygulamaları için ideal bir seçim haline getirir.
-
6H-SiC, ~400 cm²/V·s'de elektron hareketliliği sergiler ve bu da onu hızlı anahtarlama kabiliyetine ihtiyaç duymayan endüstriyel güç kontrol sistemleri ve LED alt tabaka uygulamaları için uygun ve aynı zamanda kararlı hale getirir.
Arıza Gerilimi ve Bant Enerji Açığı
4H-SiC'deki 3,26 eV'lik geniş bant aralığı, malzemenin yüksek voltajlara ve aşırı sıcaklıklara etkili bir şekilde dayanmasını sağlar. 4H-SiC malzemesi, elektrikli araç invertörlerinde ve havacılık güç elektroniği uygulamalarında en iyi şekilde kullanılır. 6H-SiC'deki 3,02 eV'lik bant aralığı, yüksek voltaj toleransı gerektirmeden ısı direncine ihtiyaç duyan orta güç sistemleri için uygun hale getirir.
Isıl İletkenlik
Yüksek performanslı güç elektroniği tarafından üretilen ısı, arızayı durdurmak için verimli ısı dağıtım yöntemleri gerektirir. Isı dağıtımının maksimum seviyelere ulaşması gerektiğinde 4H-SiC, 6H-SiC'den daha iyi termal iletkenlik gösterir. Havacılıkta çalışan mühendisler, zorlu çalışma ortamlarında etkili bir şekilde çalıştığı için 4H-SiC'yi seçerek yüksek sıcaklıklı güç elektroniği geliştirirler. Uydularla birlikte jet tahrik sistemleri, değişen termal koşullar altında güvenilir bir şekilde işlev görme yetenekleri için 4H-SiC güç kontrol ünitelerine güvenir.
Her Biri Nereye Uygulanmalıdır?
Kuruluşların, zorlu yüksek güç uygulamalarında en yüksek performans ile verimsiz çalışma arasında doğru SiC politipini seçmeleri gerekir. Aşağıdaki analiz, sektör seçiminize yardımcı olmak için 4H-SiC ve 6H-SiC uygulamaları hakkında ayrıntılı bilgi sağlar.
4H-SiC Ne Zaman Seçilmelidir?
4H-Silikon Karbür (4H-SiC), zorlu koşullar altında mükemmel anahtarlama, yüksek enerji verimliliği ve yüksek performansın gerekli olduğu durumlarda tercih edilen seçimdir. Geniş bant aralığı ve olağanüstü termal performansı nedeniyle, önde gelen endüstrilerde gelişmiş güç elektroniğinde başarıyla kullanılabilir.
-
Tesla'nın Elektrikli Araç İnvertörleri: Şirket, invertörlerin pil gücünü daha verimli kullanmasına yardımcı olmak için elektrikli araçlarında 4H-SiC MOSFET'lere güveniyor. 4H-SiC'deki hızlı geçiş ve daha az kayıp sayesinde, pilinizden daha iyi kilometre, daha hızlı hızlanma ve daha duyarlı bir sürüş elde edersiniz. Yeni teknoloji, Tesla'nın EV müşterilerinin hem performansını hem de memnuniyetini artırmasına olanak tanır.
-
Yenilenebilir enerji gücünün daha iyi dönüştürülmesi: Güneş invertörlerinde ve rüzgar türbini güç dönüştürücülerinde yüksek voltajlarda güç dönüşümünde yüksek verimlilik 4H-SiC ile mümkün hale gelir. Enerji verimliliği yenilenebilir enerjinin üretebileceği miktarı artırmaya ve maliyetleri düşürmeye yardımcı olur, böylece üreticiler ve tüketiciler daha sürdürülebilir enerjinin tadını çıkarır.
-
Enerji tasarrufu için otomasyonu kullanan endüstriler: Siemens gibi birçok önde gelen kuruluş, endüstriyel otomasyonda enerji kaybını azaltmaya yardımcı olmak için motor sürücülerinde ve yüksek voltajlı dönüştürücülerde 4H-SiC'ye güveniyor. Bu sayede elektrik kullanımı daha az oluyor, ekipman daha sorunsuz çalışıyor ve bakım maliyetleri düşüyor, hem çevreyi hem de fabrikayı destekliyor.
-
Otomotiv ve havacılıkta yüksek voltaj ve aşırı sıcaklık kullanımı: 4H-SiC'nin yüksek voltajlarda ve aşırı düşük ve yüksek sıcaklıklarda iyi çalışabilme yeteneği, otomotiv güç elektroniği ve havacılık tahrik sistemleri için önemlidir. Parça mukavemetini ve güvenliğini iyileştirir, bu da elektrikli araçların daha az yakıt kullanmasına yardımcı olur ve havacılık uygulamalarının daha hafif olmasını sağlar.
-
Yeni nesil elektrikli uçak: Elektrikli uçak üreticileri, pil kullanımını azaltan ve havada kalma süresini uzatan hafif, etkili güç sistemleri tasarlamak için 4H-SiC kullanır. Havacılıktaki yeni teknoloji, hem ekonomi hem de çevre için daha sessiz, daha uzun ve daha temiz uçuşları destekleyerek sürdürülebilirliğe ulaşmaya yardımcı olur.
-
NASA uzay elektroniği: 4H-SiC radyasyona karşı oldukça dirençli olduğundan ve yüksek sıcaklıklarda kararlı kaldığından, NASA bunu uzay için tasarlanmış aletlerin elektroniklerinde kullanır. Bu malzeme sayesinde, temel sistemler daha güvenlidir ve bu da uzay keşif projelerinin daha uzun süreler boyunca mümkün olmasını sağlar.
6H-SiC Ne Zaman Kullanılmalıdır?
Güçlü, esnek ve ısıya dayanıklı özellikleri nedeniyle 6H-Silisyum Karbür (6H-SiC), kararlı yapıların gerekli olduğu alanlarda yaygın olarak kullanılırken, ultra hızlı anahtarlama daha az önemlidir. Uzun süre sürekli kullanılacak cihazlar için, zorlu ortamlarda bile güvenilir ve ekonomik bir çözüm sunar.
-
6H-SiC alt tabakalar üzerine üretilen LED'ler: 6H-SiC alt tabakalar üzerinde üretilen LED'ler, daha parlak ve daha fazla enerji tasarrufu sağlayan aydınlatma ve ekranlarla sonuçlanan gelişmiş kristal kalitesine sahiptir. Donaldson LED'leri zamanla dayanır ve parlak bir şekilde parlar, hem enerji kullanımını hem de bakım gereksinimlerini düşürerek mimari ve tüketici elektroniği kullanıcılarına fayda sağlar.
-
Optik kullanıma yönelik tasarlanmış yüksek çözünürlüklü sensörler: 6H-SiC sayesinde araştırma, endüstri ve tıpta kullanım için hassas dalga boyu çıkışı veren hassas optik sensörler tasarlayabiliriz. Isı ve radyasyon altında aynı performansı gösterdiği için müşteriler teşhis ve düzenli kullanım sırasında önemli bilgiler için sensörlere güvenebilirler.
-
Radyasyona maruz kalmaya dayanıklı uzay tabanlı sensörler: 6H-SiC ile üretilen uzay sensörlerinin düşük radyasyon ve yüksek mekanik kararlılık gibi olağanüstü nitelikleri, uzayda uzun süreli kullanım için iyi olmalarını sağlar. Bu zorlu uzay koşullarında, bu sensörler Dünya gözlemi, astronomi ve gezegen bilimi için doğru ve güvenilir sonuçların sağlanmasına yardımcı olur.
-
Dayanıklı ve düşük maliyetli güç sistemleri: Endüstriyel güç kontrol sistemleri için anahtarlama hızı önemli olmadığında, 6H-SiC hem dayanıklıdır hem de daha az maliyetlidir. Aşırı koşullarda ve yüksek sıcaklıklarda çalışabildiği için, ekipmanını kullanan müşteriler güvenilir enerji yönetiminden, daha az onarımdan ve elektrik sistemleri için daha uzun kullanım ömründen faydalanır.
SiC Performansının Maksimize Edilmesi
4H-SiC ve 6H-SiC'yi en üst düzeyde kullanmak için, güçlü yönlerini bilmek ve kullanım için en iyi uygulamaları uygulamak gerekir. SiC'nin termal yönetimi, cihaz tasarımı ve uygulamaya özgü gereksinimleri, mühendisler ve üreticiler tarafından SiC performansını optimize etmek için dikkate alınabilir. SiC verimliliğini artırmanın bazı pratik yolları şunlardır:
-
Verimli Isı Üretimi: Aşırı ortamlarda yüksek güvenilirlikle önemli ısı üretimi sağlarken, artan kullanıma da uygundur.
-
Uygulama için Doğru Politip Seçin: Verimlilik ve anahtarlama hızının önemli olduğu yüksek frekanslı, yüksek güçlü elektronik cihazlar için 4H-SiC seçilirken, yapısal kararlılık ve daha düşük maliyetin istendiği uygulamalar için 6H-SiC daha iyidir.
-
Güç Dönüşüm Verimliliğini Artırın: Enerji kayıplarını en aza indiren ve SiC'nin mükemmel elektriksel özelliklerinden tam olarak yararlanan yüksek kaliteli SiC kapı sürücülerini ve güç devresi tasarımlarını kullanın.
-
Çevreyi Düşünün: Havacılık, otomotiv ve endüstriyel ortamlarda kullanılan SiC bileşenlerinin uzun vadeli güvenilirlik için aşırı sıcaklık değişimlerine ve mekanik strese dayanıklı olması test edilmelidir.
-
Gelişmiş Paketleme Tekniklerini Kullanın: Literatürde, uygun şekilde tasarlanmış paketleme kullanılarak parazitik endüktans ve kapasitansın azaltılabileceği, bunun da genel sistem performansını ve ömrünü artıracağı belirtilmektedir.
Bu 4H-SiC ve 6H-SiC en iyi uygulamalarını takip ederek, endüstriler güç elektroniği ve yarı iletken uygulamalarında olağanüstü verimlilik, dayanıklılık ve maliyet etkinliği için 4H-SiC ve 6H-SiC'nin avantajlarından tam olarak yararlanma olanağına sahip olacaklardır.
Çözüm
Kuruluşlar, SiC malzemelerini uygulama gereksinimlerine göre seçmelidir çünkü bu karar, performans verimliliğini ve sistem güvenilirliğini ve ayrıca toplam işletme giderlerini belirler. 4H-SiC, zorlu yüksek güç ve yüksek frekans uygulamaları için en iyi SiC malzeme seçeneği olarak öne çıkıyor ve elektrikli araçların yanı sıra endüstriyel güç sistemleri ve havacılık elektronik cihazlarına da güç sağlıyor.
Üreticilerin, endüstriler gelişmiş verimlilik ve dayanıklılık aradığında rekabet avantajlarını korumak için optimum SiC politiplerini seçmeleri gerekir. Uygun SiC malzemesinin seçimi, güç optimizasyonu ve termal ilerleme ve yeni nesil teknoloji geliştirmede bileşen dayanıklılığı iyileştirmeleri yoluyla inovasyonu ve pazar başarısını destekleyecektir.