№11 / 2017 / статья 6

Прорыв в технологиях широкозонных материалов предвещает начало масштабного внедрения SiC

Петер Войер (Infineon)

Карбид кремния давно считается перспективнейшим материалом электроники. Но, кажется, только теперь индустрия действительно подошла вплотную к внедрению его в массовое производство. И в первых рядах этого процесса вновь стоит компания Infineon, как некогда стояла в авангарде этой технологии, когда она только появилась.

В течение нескольких последних лет отмечаются повышенные темпы роста инвестиций в разработку альтернативных полупроводниковых материалов, таких как карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN). Последовательное снижение стоимости производства SiC-транзисторов сигнализирует о наступлении переломного момента, когда силовые SiC-полупроводники могут быть успешно запущенны в массовое производство и внедрены в электронные устройства разнообразных областей применения. Снижение стоимости и растущая доступность SiC привели к возобновлению спроса со стороны разработчиков силовой электроники, находящихся под давлением законодательных и коммерческих требований, связанных с повышением энергоэффективности и ожиданиями снижения стоимости.

Мощные и высоковольтные силовые преобразователи хуже поддаются миниатюризации по сравнению с компонентами других типов. Это связано с необходимостью рассеивания тепла, что является более сложной задачей для компактных схем с повышенной плотностью выделяемой мощности. Внедрение в силовую электронику SiC-компонентов, дающих увеличение удельной мощности и эффективности, делает устройства на основе карбида кремния реальными претендентами на снятие ограничений, связанных с кремниевыми MOSFET, IGBT и диодами.

Эффективность, удельная мощность и снижение стоимости системы являются основными движущими факторами для внедрения альтернативных полупроводниковых материалов, таких как SiC и GaN, в производство силовых диодов и транзисторов. В некоторых областях внедрение новой технологии начинается сразу, как только выгоды перевешивают риски. В других областях переход на новую технологию происходит, когда соотношение «цена-производительность» становится достаточно привлекательным. Например, гибридные силовые модули, использующие кремниевые IGBT и диоды Шоттки на основе SiC, уже давно стали базовым решением в преобразователях солнечной энергии с высокими частотами переключения.

Тот факт, что SiC не может во всем заменить кремний, является одной из причин, препятствующих распространению карбида кремния. До недавнего времени существовали и сомнения разработчиков в качестве самого материала.

Инверторы для солнечных панелей и повышающие преобразователи уже давно используют преимущества, которые дает технология SiC MOSFET. В том же направлении следуют источники бесперебойного питания (UPS) и зарядные устройства. Такие устройства силовой электроники, как приводы электродвигателей и автомобильные приложения, которые в настоящее время ориентированы на кремниевые элементы, неизбежно ожидает масштабное внедрение новых материалов.

Технологический скачок, как и любой новый тренд, имеет плюсы и минусы. Множество производителей вышло на рынок SiC-подложек, что привело к увеличению производства и снижению стоимости из-за возникающей конкуренции. Рост инвестиций в научные исследования и конструкторские разработки вызывает ощутимые улучшения в области качества и надежности. Ожидается, что переход в ближайшие годы с 4-дюймовых на 6-дюймовые и, наконец, 8-дюймовые SiC-пластины значительно снизит издержки, а качество улучшится. Результатом этого станет увеличение производительности, что в свою очередь должно привести к перелому в использовании SiC даже в приложениях, чувствительных к стоимости.

Различие по качеству и цене продукции между производителями SiC-компонентов достаточно велико. Некоторые из них являются новыми и непроверенными «нишевыми» игроками рынка, вынужденными объединяться, чтобы выжить. Другие – хорошо зарекомендовавшие себя компании-поставщики полупроводников, способные выпускать большие объемы продукции с обеспечением строгого контроля производственных процессов и уровня качества. Прежде чем начать широкое внедрение новой технологии, клиенты должны быть уверены, что выбранный ими поставщик полупроводников сможет обеспечить бесперебойное снабжение высококачественной продукцией, а также увеличивать поставки по мере роста спроса.

Очевидно, что для того, чтобы завоевать доверие рынка, производители силовых SiC-полупроводников должны сформировать у потребителей непоколебимую уверенность в надежности своей продукции за счет предоставления достоверной информации о ее характеристиках, наличия термоустойчивых корпусных исполнений и надежных производственных баз. Если этого удастся достичь, SiC-компоненты станут действительно популярными. Пользователи, желающие внедрить SiC в свои проекты и сделать важный шаг в мире интеллектуальной силовой электроники, должны будут сотрудничать с опытным и надежным производителем, который способен поставлять продукты для соответствующих приложений. Вместе они будут стремиться к гарантированному высокому объему производства, а также к обеспечению высочайших стандартов качества продукции.

Еще в 2001 году, будучи пионером в области коммерческого использования SiC-технологий, Infineon стал первой в мире компанией, представившей на рынке диоды на основе SiC. Затем в 2006 году последовало внедрение коммерческих силовых модулей, содержащих SiC-компоненты. Сейчас Infineon предлагает пятое поколение SiC-диодов и в ближайшем будущем готовит к выпуску первые широкозонные SiC MOSFET. Огромный опыт Infineon, накопленный при производстве кремниевых устройств, позволяет компании предлагать клиентам широкий спектр оптимизированных силовых компонентов – от кремниевых и гибридных устройств до специализированных решений с большой шириной запрещенной зоны.

Наши информационные каналы

О компании Infineon

Компания Infineon является мировым лидером по производству силовых полупроводниковых компонентов, а также занимает ведущие позиции по производству автомобильной полупроводниковой электроники и смарт-карт.  В 2015 году компания Infineon приобрела компанию International Rectifier, тем самым значительно усилив свои лидирующие позиции в области силовой электроники. Это сочетание открывает новые возможности для клиентов, так как обе компании превосходно дополняют друг друга благодаря высокому уровню ...читать далее