A szilícium-karbidot azon anyagok közé sorolják, melyek a jövőben komoly esélyekkel forradalmasíthatják az elektronika és az energetika arculatát. A szilíciumhoz képest nagyobb tiltott sáv (3 eV), magasabb átütési feszültség és jobb hővezető képesség jellemzi, azonban technológiailag annál nehezebben dolgozható fel. Csak a 20. század 90-es éveiben sikerült elsajátítani ezen a félvezető anyag monokristály-tenyésztésének technológiáját, ezért a szilícium-karbidon alapuló integrált áramkörök sorozatgyártása is csak később, a 21. század elején kezdődhetett el. Ennek az anyagnak a tulajdonságai teszik lehetővé, hogy kiválóan megfeleljen energoelektronikai áramkörökben üzemelő integrált áramkörök előállítására.
Szilícium-karbid alkalmazása a CoolSiC-sorozatban
A szilícium-karbidon alapuló elektronikaialkatrész-gyártás és -tervezés egyik vezető képviselője az Infineon Technologies cég, amely már 2001-től állít elő IC-ket ebből az anyagból. Jelenleg az Infineon saját kínálatában találhatunk többek között szilícium-karbidon alapuló, CoolSiC technológia szerint készülő – MOSFET tranzisztorokat, valamint Schottky-diódákat tartalmazó – teljesítmény-IC-ket.
A CoolSiC-sorozat több IC-csoportot is magában foglal, olyanokat, mint MOSFET tranzisztorokon és Schottky-diódákon alapuló kapcsolók, vagy saját struktúrájukban IGBT szilíciumtranzisztort tartalmazó hibrid IC-k, valamint szilícium-karbidból készülő diódák. A CoolSiC-sorozat tagjai különböző tokozásokkal készülnek, és a termékkatalógus folyamatosan bővül.
CoolSiC-sorozatú Schottky-diódák
A Transfer Multisort Elektronik katalógusában jelenleg több tíz CoolSiC Schottky-dióda található furatgalvanizált és SMD-szerelésre alkalmas tokozásokban egyaránt. Ezen alkatrészek megengedett átütési feszültsége 600 V-tól 1200 V-ig terjed, átvezetési áramerősségük eléri a 40 A-t, megengedhető teljesítményük pedig maximálisan 402 W lehet (IDW40G120C5BFKSA1 modell). A családba tartozó összes IC kiterjesztett környezeti hőmérséklet-tartományban képes működni, –55 °C-tól 75 °C-ig.
Analóg szilíciumelemekkel összehasonlítva, a CoolSiC-sorozat diódái az alábbi előnyökkel rendelkeznek:
- üzemképesség megnövekedett környezeti hőmérsékleten és magasabb feszültségi szinteken is,
- többszörösen magasabb a maximálisan megengedhető zárófeszültség értéke,
- rövidebb átkapcsolási idő,
- alacsonyabb ellenállás átvezetési állapotban.
Hasonló előnyökkel rendelkeznek a CoolSiC-sorozat további olyan tagjai is, mint pl. a MOSFET tranzisztorokon kivitelezett kapcsolók.
Szilícium-karbidból készült IC-k előnyei
Szilícium-karbidból gyártott integrált áramkörök alkalmazása esetén – köszönhetően azok magasabb üzemihőmérséklet-tűrő képességeinek – nincs szükség olyan nagy hőmennyiség elvezetésére, mint a szilíciumalkatrészek esetében. Ebből következően kisebb teljesítményű hűtési rendszerek alkalmazhatók, pl. sokkal kisebb méretű hűtőbordák is elegendőek. Köztudott, hogy a hűtési rendszer egyszerűsítése jelentős költségcsökkenést jelent, ami egyben kompenzálja a SiC technológia szerint előállított elemek magasabb gyártási költségeit is.
A hőelvezető alkatrészek méretcsökkentésével jelentősen mérsékelhető egy egész berendezés befoglalómérete, aminek számos applikációban döntő jelentősége van.
Alkalmazási területek
Előnyös tulajdonságaiknak köszönhetően a szilícium-karbidon alapuló teljesítmény-IC-ket egyre elterjedtebben alkalmazzák az elektroenergetika területén, különösen az igényes, fejlett applikációkban. Ma már általánosan megtalálhatók felsőbb kategóriás kapcsolóüzemű tápegységekben, fotovoltaikus panelokban és világítási rendszerekben is. Mindenhol alkalmazhatók, ahol fontos a megbízhatóság, a magas zárófeszültségekkel szembeni jó ellenálló képesség, a gyors működés és a lehetőleg alacsony teljesítményveszteség. Gyakorlatilag mással nem helyettesíthetők, ha követelmény a magas környezeti hőmérsékleten történő működés. Figyelembe véve, hogy népszerűségük már jó pár éve jelentősen növekszik, prognosztizálható, hogy a közeljövőben széleskörűen elterjednek további iparágazatokban is, többek között pl. a gépjárműiparban.
Összegzés
Jelenleg a CoolSiC-sorozat a szilícium-karbidból készülő félvezető elemeken alapuló integráltáramkör-családok egyik legnagyobb és legkorszerűbb képviselője. Nagy teljesítményű áramkörök tervezésekor feltétlenül érdemes figyelmet fordítani erre a termékcsoportra. Gyártójuk – az Infineon Technologies cég – a technológia egyik úttörőjének számít, és már több mint 10 éve sikeresen fejleszti azt tovább. További információk találhatók a Transfer Multisort Elektronik internetes honlapján.
