El auge del semiconductor de banda ancha ha sido bien documentado en los últimos años. Al ofrecer velocidades, eficiencias y condiciones de funcionamiento mejoradas, los nuevos materiales semiconductores, como el nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC), han demostrado ser de gran utilidad en aplicaciones de alto voltaje. Estas aplicaciones incluyen electrónica de potencia, vehículos eléctricos y similares.

SiC frente a GaN frente a silicio. Imagen utilizada por cortesía de Georgia Tech

En lo que va de 2022, las tecnologías de SiC han recibido muchos titulares, tanto de la industria como del mundo académico.
Por ejemplo, este mes, ROHM Semiconductor anunció la finalización de una nueva planta construida especialmente para mejorar la capacidad de producción de SiC de la empresa. La nueva planta, diseñada para reducir las emisiones de CO2 en un 20% en comparación con las instalaciones convencionales, empleará las tecnologías de fabricación de SiC más actualizadas para mejorar la eficiencia de la producción, ampliar el diámetro de las obleas y aumentar el rendimiento.

Planta Chikugo de ROHM Apollo. Imagen utilizada por cortesía de ROHM Semiconductor

Solo este mes, varias instituciones de investigación y proveedores de semiconductores han lanzado nuevos desarrollos basados ​​en SiC que pueden superar los desafíos de fabricación y diseño de este GBM.

I + D explora hasta dónde puede llegar el SiC

Del mundo académico, un destacado titular de SiC de 2022 proviene de las últimas investigaciones del Instituto de Tecnología de Nagoya.
El grupo de investigadores ha presentado una forma de medir de forma no destructiva la vida útil de los portadores en dispositivos de carburo de silicio. Este es un logro importante ya que muchos investigadores han estado tratando de equilibrar la vida útil de los portadores de SiC, buscando el punto óptimo entre suficiente modulación de conductividad (que requiere tiempos de vida de portadores largos) y pérdidas de conmutación (que requieren tiempos de vida de portadores más cortos).
En el pasado, este esfuerzo solo se podía medir a través de técnicas invasivas, lo que requería que los investigadores abrieran y analizaran literalmente el semiconductor.

Técnica propuesta de medición de la vida útil del portador no invasivo. Imagen utilizada por cortesía del Instituto de Tecnología de Nagoya

En su método propuesto, los investigadores han utilizado un láser de excitación para crear portadores y un láser sonda con un detector para medir la vida útil del portador excitado. Con una técnica que permite un análisis más fácil y no invasivo, los ingenieros finalmente pueden comenzar a ajustar la vida útil de la portadora para lograr ese equilibrio perfecto de modulación de conducción y bajas pérdidas de conmutación. Esto puede, en el futuro, conducir a una generación de dispositivos SiC más nuevos y de mayor rendimiento.
Otro avance de SiC proviene de los investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE), quienes recientemente descubrieron un nuevo tipo de transistor de SiC que puede conectarse directamente a la red de voltaje medio debido a sus altos voltajes de bloqueo. Estos nuevos dispositivos contrastan con la mayoría de los inversores que alimentan a la red de baja tensión pero pueden acoplarse a la red de media tensión utilizando transformadores de 50 Hz.

El equipo de Fraunhofer ISE creó esta pila de inversores de 250 kVA, que incluía transistores de 3,3 kV-SiC. Imagen utilizada por cortesía de Fraunhofer ISE

Vishay y Cree miran a SiC para la simplicidad del diseño

Mientras que los investigadores académicos están avanzando en la adopción de SiC en el frente de I + D, los proveedores de la industria también están poniendo dispositivos basados ​​en SiC más útiles en manos de ingenieros en ejercicio.
Por ejemplo, Vishay lanzó recientemente nuevos diodos SiC Schottky de alta eficiencia. La compañía lanzó 10 nuevos diodos de SiC, todos los cuales aceptan un VRRM de 650 V y llevan corrientes directas de 4 A a 40 A. Los nuevos diodos están clasificados para soportar una temperatura máxima de unión de 175 ° C, lo que permite su funcionamiento en muy Entornos de alta temperatura, que podrían ser cruciales para los diseñadores que trabajan en determinadas áreas de la electrónica de potencia.

Especificaciones de la nueva familia de diodos SiC Schottky. Imagen utilizada por cortesía de Vishay

La segunda noticia de la industria proviene de Cree con el anuncio de sus módulos de potencia Wolfspeed WolfPACK. Este nuevo módulo de potencia se construyó utilizando MOSFET Wolfspeed SiC y fue especialmente diseñado para ingenieros que trabajan en el rango de potencia media.
Según la empresa, el objetivo del producto es maximizar la densidad de potencia y minimizar la complejidad del diseño. Diseñada para aplicaciones como la carga rápida de vehículos eléctricos y la energía solar, se dice que la familia ofrece un funcionamiento de 1200 V con hasta 105 A de corriente directa y un RDS (encendido) de 11 miliohmios a 25 ° C.
Esto podría beneficiar enormemente a los diseñadores que luchan por integrar la solución de SiC correcta debido a las dificultades de la complejidad del diseño.

Un buen comienzo para el SiC

Desde los avances académicos hasta los nuevos productos que se comercializan, la tecnología de SiC parece preparada para un rápido crecimiento en los próximos años. De hecho, algunos analistas de la industria predicen que el mercado mundial de SiC aumentará de su estado de 2020 de USD 749 millones a USD 1.812 millones para 2025.

¿Qué experiencia tiene con los dispositivos de potencia de SiC, ya sea en un entorno de investigación o en escenarios prácticos de diseño? ¿Qué desafíos de este GBM espera ver resueltos en los próximos años? Comparta sus pensamientos en los comentarios a continuación.