مع هذه الصناعة المزدهرة ، زاد الاستهلاك العالمي للطاقة عامًا بعد عام. في الصين ، أصبح تلوث السيارات مصدرًا مهمًا لتلوث الهواء ، وسببًا مهمًا للتلوث بالدخان الكيميائي الضوئي والرماد ، وأصبحت الحاجة الملحة لمنع تلوث المركبات والسيطرة عليها أكثر أهمية. أصبح توفير الطاقة وخفض الانبعاثات قضية رئيسية في تطوير صناعة السيارات. لذلك ، فإن التطوير القوي لمركبات الطاقة الجديدة هو إجراء استراتيجي لتحقيق الحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات وتعزيز التنمية المستدامة لصناعة السيارات في الصين.
في الوقت الحاضر ، أجزاء المحرك الكهربائي EV (Pure Electric Vehicle) و HEV (Hybrid Electric Vehicle) مؤلفة بشكل رئيسي من أجهزة الطاقة القائمة على السيليكون (Si). مع تطور السيارات الكهربائية ، تم وضع متطلبات أعلى على التصغير وخفض وزن المحركات الكهربائية. ومع ذلك ، نظرًا لقيود المواد ، اقتربت أجهزة الطاقة التقليدية القائمة على Si أو حتى وصلت إلى الحدود الجوهرية لموادها في كثير من النواحي. لذلك ، فإن العديد من مصنعي السيارات لديهم آمال كبيرة لجيل جديد من أجهزة الطاقة كربيد السيليكون (SiC).
تتميز أشباه الموصلات من الجيل الثالث ، والتي تمثلها كربيد السيليكون ، بمزايا هامة على مواد أشباه الموصلات التقليدية مثل السيليكون أحادي البلورية وزرنيخيد الغاليوم ، مثل الموصلية الحرارية العالية ، وشدة مجال الانهيار العالية ، ومعدل انجراف الإلكترون العالي ، وارتفاع معدل الارتباط بالتشبع. لقد حدد الاستقرار الكيميائي العالي والمقاومة القوية للإشعاع أن كربيد السيليكون له موقع لا يمكن الاستغناء عنه في العديد من المجالات. أساسا على النحو التالي:
(1) يحتوي SiC على الموصلية الحرارية العالية (تصل إلى 4.9 واط / سم • K) ، وهو 3.3 مرات من Si. لذلك ، فإن مادة SiC لها تأثير جيد لتبديد الحرارة. من الناحية النظرية ، يمكن لجهاز الطاقة SiC أن يعمل عند درجة حرارة تقاطع 175 درجة مئوية ، وبالتالي يمكن تخفيض حجم المشتت الحراري بدرجة كبيرة ، وهو مناسب لصنع أجهزة درجة حرارة عالية.
(2) يحتوي SiC على قوة مجال انهيار عالية ، وحقل تعطله الكهربائي هو 10 أضعاف مثيله في Si ، لذلك فهو مناسب للمفاتيح عالية الجهد ، ولديه قدرة قوية على التعامل مع الطاقة ، مما يجعل مواد SiC مناسبة لصنع طاقة عالية ، أجهزة عالية الحالية.
(3) يحتوي SiC على معدل انجراف إلكترون عالي التشبع ، وهو ضعف قيمة Si ، ويكاد لا يضعف في الحقول العالية ، وقدرته العالية على معالجة المجال قوية. لذلك ، مادة SiC مناسبة للأجهزة عالية التردد.
إن بلورة SiC الفردية هي أيضًا أكثر مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث نضجًا في تكنولوجيا التحضير. لذلك ، SiC هي واحدة من المواد المثالية لتصنيع أجهزة عالية الحرارة ، عالية التردد ، عالية الطاقة ، عالية الجهد.
من المعروف أن وحدات طاقة IGBT الحالية ذات الكثافة العالية للجهد العالي والجهد العالي هي المكونات الأكثر أهمية في العاكس. كلما زادت كثافة الطاقة ، زاد تصميم نظام الدفع الكهربائي بدرجة أكبر ، وزادت الطاقة في نفس الحجم. نظرًا لكثافة التيار المرتفعة لأجهزة SiC (على سبيل المثال ، منتجات Infineon حتى 700 A / cm2) ، يكون حجم حزمة وحدة الطاقة SiC الكامل أصغر بكثير من وحدة طاقة Si IGBT في نفس مستوى الطاقة ، مما يقلل بشكل كبير من حجم وحدة الطاقة.
