Üçüncü nesil yarı iletkenlerin çekirdek malzemesi olan silisyum karbür (SiC), mükemmel fiziksel ve elektriksel özellikleri sayesinde birçok alanda köklü değişikliklere yol açmaktadır. Aşağıdaki tablo, hızlı bir genel bakış için başlıca uygulamalarını ve avantajlarını özetlemektedir:
Uygulama Alanları Ana Uygulama Senaryoları Silisyum Karbür (SiC) Avantajları İlgili Teknoloji/Ürün Örnekleri
Yeni Enerji Araçları Ana Tahrik İnvertörü, Yerleşik Şarj Cihazı (OBC), DC-DC Dönüştürücü Verimliliği artırır, sürüş menzilini artırır (%6’ya kadar olduğu bildiriliyor8) ve sistem ağırlığını ve hacmini azaltır Hibrit SiC Modülleri1, SiC MOSFET’ler
Şarj Altyapısı DC Hızlı Şarj İstasyonları Şarj verimliliğini artırır, yüksek güçlü hızlı şarjı destekler ve şarj süresini azaltır
Fotovoltaik Güç Üretimi ve Enerji Depolama PV İnvertörleri, Güç Depolama Dönüştürücüleri (PCS) Fotoelektrik dönüşüm verimliliğini artırır (bildirildiğine göre SiC diyotlar silikon tabanlı sistemlere kıyasla %1,5 ila %2 oranında artabilir6), sistem kayıplarını azaltır ve güç yoğunluğunu artırır SiC Diyotlar6, SiC MOSFET’ler
Endüstriyel Güç Kaynakları ve Veri Merkezleri Sunucu Güç Kaynakları, Telekom Güç Kaynakları, Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS) Güç verimliliğini artırır, güç yoğunluğunu artırır ve enerji tüketimini ve ısı dağılımı gereksinimlerini azaltır Toshiba’nın 650V SiC MOSFET
5G İletişim ve RF Cihazları RF güç amplifikatörleri, filtreler vb. Mükemmel yüksek frekans, yüksek sıcaklık ve yüksek güç performansına sahip yarı yalıtkan silisyum karbür bazlı RF yarı iletken cihazlar.
Akıllı Giyilebilir Cihazlar ve AR/Optik Dalga Kılavuzları: AR gözlükler ve ultra ince lensler için kırınımlı dalga kılavuzları. Yüksek kırılma indisi, yüksek sertlik ve yüksek termal iletkenlik, geniş görüş alanları ve tam renkli görüntüleme sağlar, optik eserleri ortadan kaldırır ve cihazın incelmesine ve hafifletilmesine (örneğin, 0,55 mm inceliğindeki AR lensler) ve maliyet azaltımına (alt tabaka maliyetlerinin gelecekte önemli ölçüde düşmesi bekleniyor) katkıda bulunur. 12 inç silisyum karbür külçelerden ve ultra ince silisyum karbür kırınımlı dalga kılavuzlarından yapılmış yüksek saflıkta yarı yalıtkan alt tabakalar.
Raylı Sistem ve Akıllı Şebeke: Çekiş konvertörleri, güç elektroniği transformatörleri (PET) ve yüksek voltajlı doğru akım iletim sistemleri. Yüksek dayanım gerilimi ve düşük kayıp, sistem verimliliğini ve güvenilirliğini artırır.
Silisyum Karbür Cihazlarının Ana Türleri
Silisyum karbür, öncelikle yarı iletken endüstrisinde, yukarıda belirtilen uygulamaların temelini oluşturan aşağıdaki cihazların üretiminde kullanılır:
Silisyum Karbür MOSFET’ler (Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkili Transistörler): Yeni enerji araçlarının ana invertörü gibi yüksek frekanslı, yüksek voltajlı ve yüksek verimli uygulamalar için özellikle uygundur. Mevcut teknoloji, düşük açık direnç (örneğin, Yangjie Technology’nin üçüncü nesil SiC MOS platformu 3,33 mΩ.cm²³’ün altında bir açık direnç değerine sahiptir) ve yüksek sıcaklıkta çalışmayı mümkün kılmıştır (örneğin, Infineon’un CoolSiC™ MOSFET G2 serisi normalde 175°C’de ve aşırı yük koşullarında 200°C’de çalışabilir).
Silisyum karbür diyotlar (esas olarak Schottky bariyer diyotları (SBD’ler)): Neredeyse hiç ters kurtarma akımına sahip olmadıklarından, fotovoltaik invertörler ve yerleşik şarj cihazları gibi yüksek frekanslı anahtarlama uygulamaları için özellikle uygundurlar ve anahtarlama kayıplarını önemli ölçüde azaltırlar.
Silisyum karbür modüller: Birden fazla silisyum karbür çip (MOSFET’ler ve diyotlar gibi) entegre edilerek bir güç modülü oluşturulur. Örneğin, yeni enerji araçları (NEV’ler) için ana tahrik modülü, daha yüksek güç yoğunluğu ve gelişmiş güvenilirlik gibi avantajlar sunar.
🔧 Silisyum Karbürün Temel Avantajları
Silisyum karbürün bu devrimleri gerçekleştirme yeteneği, olağanüstü malzeme özelliklerinden kaynaklanmaktadır:
Yüksek arıza alan şiddeti: Bu, silisyum karbür cihazlarının daha yüksek voltajlarda çalışmasına olanak tanır ve onları yüksek voltaj uygulamaları için uygun hale getirir.
Yüksek ısı iletkenliği: Isı dağılımını kolaylaştırarak cihazların daha yüksek sıcaklıklarda çalışmasını sağlar ve soğutma sistemlerini basitleştirir.
Yüksek elektron doygunluk sürüklenme hızı: SiC cihazlarının daha yüksek frekanslarda çalışmasını sağlayarak sistemdeki pasif bileşenlerin (indüktörler ve kapasitörler gibi) boyutunu ve ağırlığını azaltır.
Geniş bant aralığı: SiC cihazlarına mükemmel yüksek sıcaklık kararlılığı ve radyasyon direnci sağlar.
🌐 SiC Endüstrisinin Mevcut Gelişim Durumu
SiC endüstrisi hızlı bir büyüme ve genişleme yaşıyor:
Sürekli Pazar Büyümesi: SiC güç cihazı pazarının 2030 yılına kadar 10,3 milyar ABD dolarını aşması ve önümüzdeki beş yıl içinde bileşik yıllık büyüme oranının (CAGR) %20’yi aşması bekleniyor.
Teknolojik Yükseltmeler: Gofret boyutu, ana akım 6 inçten 8 inçe (birim maliyetleri %30’dan fazla düşürebilir) ve 12 inçlik gofretlere doğru ilerliyor.
Endüstriyel Zincirin Kademeli Olarak Geliştirilmesi: Yerli firmalar substrat, epitaksi, cihaz tasarımı, imalatı ve modül paketleme alanlarında aktif olarak gelişme ve ilerleme kaydediyor.
Maliyet Trendleri: Malzeme kalitesindeki gelişmeler, daha büyük gofret boyutları, geliştirilmiş üretim süreçleri ve genişleyen endüstri ölçeğiyle birlikte, silisyum karbür cihazlarının maliyeti giderek azalmakta ve daha geniş bir yelpazede alanda büyük ölçekli uygulamaların önünü açmaktadır.
💎 Özet
Üstün fiziksel ve elektriksel özellikleriyle silisyum karbür yarı iletkenler, yeni enerji araçları, yenilenebilir enerji, endüstriyel güç kaynakları, 5G iletişim ve tüketici elektroniğinde inovasyon ve iyileştirmelerin temel itici gücü haline geliyor. Silisyum karbür cihazların (özellikle MOSFET’lerin) mevcut üretim maliyetleri nispeten yüksek ve süreç gereksinimleri sıkı olsa da, sürekli teknolojik gelişmeler, sürekli endüstriyel gelişim ve sürekli genişlemeyle maliyetlerin daha da düşmesi bekleniyor ve uygulama beklentileri umut verici.