Полупроводники играют ключевую роль в современной электронике и автоматизации, являясь основой для создания множества устройств и систем. Хотя кремний остается основным материалом, исследуются альтернативы, такие как карбид кремния (SiC). На сегодняшний день завоевывает позиции ведущего полупроводника для приложений высокой мощности.
Карбид кремния — бинарное неорганическое химическое соединение кремния с углеродом. Химическая формула SiC. В природе встречается в виде чрезвычайно редкого минерала — муассанита. В природе муассанит встречается в алмазах (как правило кристаллы настолько малы, что видны только в микроскоп), а так-же метеоритах.
Метеорит — Силицид железа. — включения SiC (муассанит) и TiC (карбид титана)
Экономическое состояние рынка
Рынок полупроводников оценивается в сотни миллиардов долларов и продолжает расти благодаря спросу на электронику. Проанализировав текущий рынок на период с 2023 на начало 2025 г. можно заметить, что глобальный рынок SiC модулей оценивается примерно в 2,5-3 миллиарда USD. Основным показателем роста являются электромобили (около 60% рынка) и промышленные применения.К 2023 году прогнозируется объем рынка 15-20 миллиардов USD, а среднегодовой темп роста (CAGR): 34-38%. Ожидается рост в сегменте электротранспорта.
Технически преимущества использования SiC
Благодаря своим уникальным свойствам SiC открывает новые горизонты в развитии электроники. Например обладает увеличенной рабочей температурой. Силовые модули из SiC способны работать при температурах до 200°C, когда кремневые (Si) аналоги достигают 150 °C. Теплопроводность выше в 3 раза чем у кремния. Все эти признаки позволяют иметь меньшую зависимость характеристик от температуры, что позволяет создавать более компактные системы охлаждения.Силовые модули SiC имеют повышенную эффективность преобразования энергии, например, меньше потерь при переключении и проводимости (на 50-80% ниже чем у кремния (Si)). КПД преобразователей достигает 98-99%. Общее повышение КПД системы на 2-3%, что является существенным приростом для силовой электроники.
Еще одной особенность является возможность работать на более высоких частотах (до 100 кГц и выше) с меньшими потерями, также уменьшая размеры пассивных компонентов.
В современном мире, где технологии стремятся к миниатюризации и повышению эффективности, карбид кремния позволяет уменьшить габариты системы. Это особенно важно для таких областей, как силовая электроника, электромобили, возобновляемая энергетика и промышленная автоматизация, где уменьшение размеров устройств напрямую влияет на их практичность, стоимость и энергоэффективность. Благодаря этому снижаются требования к системе охлаждения, уменьшаются размеры фильтров и магнитных компонентов, снижается общая масса на 30-50%
Значительно улучшаются электрические характеристики: более высокое пробивное напряжение, меньшее сопротивление канала в открытом состоянии, более быстрое переключение, лучшая стабильность параметров.
Надежность в мире высоких технологий является одним из ключевых критериев выбора. Поэтому SIС обеспечивает более высокую радиационную стойкость, лучшую устойчивость к агрессивным средам и более длительный срок службы при высоких температурах.
Экономические преимущества использования SiC
Карбид кремния (SiC) не только улучшает технические характеристики устройств, но и приносит значительные экономические преимущества, делая его привлекательным решением для современных отраслей. Используя SiC снижается общая стоимости системы за счет уменьшения количества компонентов, что упрощает конструкцию устройства. Уменьшаются эксплуатационных расходов благодаря высокому КПД, а еще сокращаются затраты на систему охлаждения.
Экологические преимущества
В условиях глобального перехода на экологические решения выбор использования SiC приносит значительные преимущества: снижение энергопотребления, уменьшение углеродного следа и сокращение использования материалов при производстве.
Преимущества в конкретных применениях:
Для электротранспорта:
- Увеличение запаса хода
- Уменьшение веса силовой электроники
- Более быстрая зарядка
Для промышленности:
- Повышение производительности
- Снижение затрат на охлаждение
- Более компактные решения
Для возобновляемой энергетики:
- Повышение эффективности преобразования энергии
- Увеличение надежности
- Снижение стоимости киловатт-часа