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Nach Si kommt SiC

02. Juli 2021, 09:00 Uhr   |  Milan Ivkovic, Segment Director at EBV Elektronik

Nach Si kommt SiC
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Die Siliziumkarbid (SiC) Technologie eignet sich hervorragend um Silizium (Si) in MOSFETs zu substituieren. Es gibt viele Gründe, weshalb sich Entwickler zunehmend der SiC-basierten Technologien zuwenden.

Ob Leistungswandlung auf 0,6 VDC für einen Prozessor, 24 VDC bis 500 VAC für einen industriellen Elektromotor oder 400 VDC zum Laden einer EV-Batterie: Ein Großteil der heutigen Wandlerelektronik basiert heute auf MOSFETs und diese werden bislang noch vornehmlich auf Basis von Silizium (Si) gefertigt. Die heutigen Leistungsanforderungen der Geräte bringen die Si-Technologie jedoch an ihre Grenzen, weshalb Siliziumkarbid (SiC) zunehmend bevorzugt wird.

Ein wichtiger Grund ist die Senkung der Betriebskosten eines Systems, auch wenn SiC-basierte Designs vorab Investitionen erfordern. Im Gegenzug ermöglichen sie dafür aber eine Senkung der Betriebskosten durch eine bessere Energieeffizienz. Hinzu kommt das Potenzial, neue Design-Herausforderungen bewältigen zu können: Die Eigenschaften von SiC ermöglichen es beispielsweise, neben energieeffizienteren Geräten auch kleinere zu entwickeln, die kühler laufen, schneller schalten und mit höheren Spannungen arbeiten. All das sind eindeutige Qualitätsmerkmale, denen sich Produktverantwortliche heute allein wegen der höheren Anschaffungskosten nicht mehr verschließen können. Warum hat die Siliziumkarbid (SiC) Technologie aber all diese Vorteile?

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Die wichtigsten Unterschiede zwischen Siliziumkarbid (SiC) und Silizium (Si)

SiC-Materialien sind Bauteile mit breiter Bandlücke und haben zum einen eine viel höhere kritische Durchbruchspannung als Si, was eine dünnere Driftschicht und eine höhere Dotierungskonzentration ermöglicht. Dies führt zu einem geringeren Einschaltwiderstand für eine gegebene Die-Fläche und Nennspannung, was wiederum zu einem höheren Wirkungsgrad durch geringere Verlustleistung führt.

Zum anderen ist die Wärmeleitfähigkeit von SiC mehr als dreimal besser als die von Si, was die Verwendung kleinerer Chips bei gleichem Temperaturanstieg ermöglicht. SiC bietet zudem auch Effizienzsteigerungen, da es höhere maximale Betriebstemperaturen aushält, was den Stress der Geräte vergleichsweise niedriger ausfallen lässt. Viele Gründe also, um bei neuen Designs auf SiC-basierte MOSFETs zu setzen.

Erfahren Sie mehr über die gemeinsame  CoolSiCTM-Initiative von EBV und Infineon.

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