실리콘 카바이드

더 높은 항복 전압
SiC는 실리콘에 비해 항복 전압이 높아 더 높은 전압의 전력 장치 설계가 가능합니다. SiC는 현재 사용할 수 있는 것보다 훨씬 높은 10kV 이상에서 작동합니다. 정격 1,200V 및 1,700V의 SiC 장치를 사용할 수 있습니다.

더 높은 열전도율
SiC는 실리콘에 비해 열전도율이 높아 열 관리가 향상되고 전력 손실이 줄어듭니다. 실리콘의 성능은 고온에서 악화되는 반면 SiC는 훨씬 더 안정적입니다.

더 높은 작동 온도
SiC는 실리콘에 비해 더 높은 온도에서 작동할 수 있으므로 신뢰성이 향상되고 장치 수명이 길어집니다. 실리콘 장치는 일반적으로 더 높은 온도에서 사양을 유지하기 위해 실온에서 과도하게 지정됩니다. 일반적으로 정격 전류가 절반인 SiC 장치는 실리콘 IGBT와 동일한 작업을 수행합니다. SiC는 더 높은 온도에서 훨씬 더 안정적이고 상당한 부하 감소가 필요하지 않기 때문입니다.

더 높은 스위칭 주파수
주파수가 높을수록 변압기 LC 필터의 구성 요소 값이 상당히 낮아지므로 자기 장치의 크기와 무게가 줄어듭니다. SiC는 실리콘에 비해 훨씬 빠르게 켜고 끌 수 있으므로 전력 전자 애플리케이션의 전력 밀도와 효율성이 향상됩니다.

낮은 순방향 전압 강하
SiC는 실리콘에 비해 순방향 전압 강하가 낮고 테일 전류가 사실상 없기 때문에 턴오프 속도가 빨라지고 손실이 크게 낮아집니다. 소산되는 에너지가 적기 때문에 SiC 장치는 더 높은 주파수에서 전환하고 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

탄화규소(SiC)는 탄소와 규소로 구성된 화합물입니다. 이는 뛰어난 연마 특성으로 알려져 있으며 한 세기 이상 동안 연삭 휠 및 기타 연마 제품을 제조하는 데 사용되었습니다. 그러나 다양한 용도로 사용할 수 있는 고품질 기술 등급 세라믹으로도 개발되었습니다.

탄화규소의 주요 화학적 특성 중 하나는 산과 염기에 대한 저항성입니다. 산이나 염기에는 용해되지 않지만 알칼리성 용융물과 일부 금속 및 금속 산화물 용융물에 의해 공격을 받을 수 있습니다. 불활성 가스나 환원 분위기에서 최대 1,500도까지 견딜 수 있습니다.

물리적 특성 측면에서 탄화 규소는 밀도가 낮고 강도가 높으며 열팽창이 낮습니다. 또한 열전도율이 높고 경도가 높으며 탄성률이 높습니다. 이러한 특성으로 인해 연마재, 내화물, 세라믹 및 고성능 부품과 같은 다양한 응용 분야에 적합합니다.-

탄화규소는 불활성이 높으며 최대 800도까지 산, 알칼리 또는 용융염에 의해 공격받지 않습니다. 공기 중에서는 1200도에서 보호 산화규소 코팅을 형성하여 최대 1600도까지 사용할 수 있습니다. 높은 열 전도성과 낮은 열팽창은 높은 강도와 ​​결합되어 탁월한 열충격 저항성을 제공합니다.

이 물질은 또한 전기 전도체이며 저항 가열, 화염 점화기 및 전자 부품에 응용됩니다. 화학적 순도와 고온에서의 화학적 공격에 대한 저항성으로 인해 반도체 용광로에서 웨이퍼 트레이 지지대 및 패들로 널리 사용됩니다. 또한 전기로의 저항 발열체, 서미스터, 배리스터의 핵심 부품으로 사용됩니다.

열적 특성 측면에서 탄화 규소는 다른 세라믹 재료에 비해 열전도율이 상대적으로 높고 열팽창 계수가 낮습니다. 이로 인해 열 충격에 대한 저항력이 좋아 급격한 온도 변화가 발생하는 응용 분야에 적합합니다.

실리콘과 실리콘 카바이드는 무엇으로 만들어졌나요?

가장 순수한 형태로 합성될 때, 실리콘은 단일 실리콘 원자가 4개의 인접한 다른 실리콘 원자와 결합을 형성하는 결정 구조를 형성합니다. 이어서, 이 실리콘 베이스 기판은 실리콘 기판의 웨이퍼 상에 반도체 접합을 형성하기 위해 다양한 다른 원소로 도핑될 수 있다.

반면 탄화규소는 다양한 결정 구조를 형성하는 규소와 탄소 원자의 혼합물입니다. 반도체 용도로 가장 널리 채택되는 구조는 3C, 4C, 6H 탄화규소이며, 이들 모두 다양한 원소를 도핑할 때 서로 다른 전기적 특성과 장점을 갖습니다. 실리콘 웨이퍼는 최대 8~12인치까지 자라며 순수 실리콘의 용융 상태로 형성됩니다. 그러나 탄화규소는 일반적으로 증기상에서 합성되며 최대 6인치까지 성장할 수 있습니다.

실리콘 및 실리콘 카바이드 특성: 전력 및 속도
더 높은 전기장을 견딜 수 있는 능력을 고려하면 탄화규소 기판 재료는 파손되기 전에 더 높은 전압을 견딜 수 있습니다. 실리콘은 약 600V의 항복 전압을 갖는 반면, 실리콘 카바이드는 5{4}10배 더 높은 전압을 견딜 수 있습니다. 이것이 실제로 의미하는 바는 고전력 애플리케이션이 반도체 기술을 활용할 수 있거나 동일한 전압 차이를 갖는 장치가 거의 10배 더 작아질 수 있다는 것입니다. 실리콘 카바이드는 실리콘보다 거의 10배 빠른 속도로 전환할 수 있으므로 제어 회로가 더 작아집니다.

실제 세계의 실리콘 및 실리콘 카바이드 응용
실리콘 위에 탄화규소를 구현한 훌륭한 산업 사례 중 하나는 전기 자동차 산업입니다. EV를 운전할 때 전자 시스템은 실리콘 및 실리콘 카바이드- 기반 설계 모두에서 달성 가능한 차량 전력 용량의 전체 부하를 지원하도록 설계되었습니다. 실리콘 IGBT는 배터리-로 구동되는 모터를 구동하는 EV 인버터에 일반적으로 사용됩니다. 그러나 자동차의 일반적인 주행 주기(즉, 최대 부하를 활용하지 않는 경우)를 고려할 때 실리콘의 높은 저항성은 오히려 비효율적입니다. 실리콘 카바이드는 훨씬 더 작은 크기로 동일한 부하 설계 요구 사항을 처리할 수 있기 때문에 실리콘 카바이드는 훨씬 더 효율적이 되고 결과적으로 전체 인버터 시스템의 효율성을 거의 80%까지 높일 수 있습니다.