การประยุกต์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ในสาขาที่เกี่ยวข้องกับเซมิคอนดักเตอร์

ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งเป็นวัสดุหลักของเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม กำลังเปลี่ยนแปลงหลายวงการอย่างมาก เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพและทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม ตารางต่อไปนี้สรุปการใช้งานหลักและข้อดีของซิลิกอนคาร์ไบด์ เพื่อให้เห็นภาพรวมโดยย่อ:

พื้นที่การใช้งาน สถานการณ์การใช้งานหลัก ข้อดีของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ตัวอย่างเทคโนโลยี/ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง
รถยนต์พลังงานใหม่ อินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อนหลัก, เครื่องชาร์จออนบอร์ด (OBC), ตัวแปลง DC-DC ปรับปรุงประสิทธิภาพ เพิ่มระยะการขับขี่ (รายงานว่าสูงสุด 6% 8) และลดน้ำหนักและปริมาตรของระบบ โมดูลไฮบริด SiC1, SiC MOSFET
โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จ สถานีชาร์จเร็ว DC ปรับปรุงประสิทธิภาพในการชาร์จ รองรับการชาร์จเร็วกำลังสูง และลดเวลาในการชาร์จ
การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และการเก็บพลังงาน อินเวอร์เตอร์ PV, ตัวแปลงการเก็บพลังงาน (PCS) ปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (รายงานว่าไดโอด SiC สามารถเพิ่มได้ 1.5% ถึง 2% เมื่อเทียบกับระบบที่ใช้ซิลิกอน 6) ลดการสูญเสียของระบบ และเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน ไดโอด SiC6, SiC MOSFET
แหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรมและศูนย์ข้อมูล แหล่งจ่ายไฟเซิร์ฟเวอร์ แหล่งจ่ายไฟโทรคมนาคม แหล่งจ่ายไฟสำรอง (UPS) ปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงาน เพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน และลดการใช้พลังงานและความต้องการการกระจายความร้อน 650V SiC MOSFET ของ Toshiba
การสื่อสาร 5G และอุปกรณ์ RF เครื่องขยายกำลัง RF ตัวกรอง ฯลฯ อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ RF ที่ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์แบบกึ่งฉนวนซึ่งมีประสิทธิภาพความถี่สูง อุณหภูมิสูง และพลังงานสูงที่ยอดเยี่ยม

อุปกรณ์สวมใส่อัจฉริยะและท่อนำคลื่น AR/ออปติคัล: ท่อนำคลื่นแบบกระจายแสงสำหรับแว่นตา AR และเลนส์บางเฉียบ ดัชนีหักเหแสงสูง ความแข็งสูง และการนำความร้อนสูง ช่วยให้มองเห็นภาพได้กว้าง ถ่ายภาพสีเต็มรูปแบบ ขจัดสิ่งแปลกปลอมทางแสง และช่วยให้อุปกรณ์บางลงและมีน้ำหนักเบา (เช่น เลนส์ AR บางเฉียบ 0.55 มม.) และลดต้นทุน (คาดว่าต้นทุนวัสดุพิมพ์จะลดลงอย่างมากในอนาคต) วัสดุพิมพ์กึ่งฉนวนความบริสุทธิ์สูง ผลิตจากแท่งซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 12 นิ้ว และท่อนำคลื่นแบบกระจายแสงซิลิคอนคาร์ไบด์แบบบางเฉียบ

ระบบขนส่งทางรางและระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ: ตัวแปลงไฟฟ้าแรงดึง หม้อแปลงไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์กำลัง (PET) และระบบส่งไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูง แรงดันไฟฟ้าที่ทนทานสูงและการสูญเสียพลังงานต่ำช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบ

ประเภทหลักของอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิกอนคาร์ไบด์ใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เป็นหลักเพื่อผลิตอุปกรณ์ต่อไปนี้ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการใช้งานที่กล่าวถึงข้างต้น:

ซิลิคอนคาร์ไบด์ MOSFET (ทรานซิสเตอร์สนามผลโลหะออกไซด์ของเซมิคอนดักเตอร์): เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานความถี่สูง แรงดันไฟฟ้าสูง และประสิทธิภาพสูง เช่น อินเวอร์เตอร์หลักของรถยนต์พลังงานใหม่ เทคโนโลยีปัจจุบันทำให้มีค่าความต้านทานขณะเปิดต่ำ (ตัวอย่างเช่น แพลตฟอร์ม SiC MOS รุ่นที่สามของ Yangjie Technology มีค่าความต้านทานขณะเปิดต่ำกว่า 3.33mΩ.cm²³) และการทำงานที่อุณหภูมิสูง (ตัวอย่างเช่น ซีรีส์ CoolSiC™ MOSFET G2 ของ Infineon สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิ 175°C ตามปกติ และ 200°C ภายใต้สภาวะโอเวอร์โหลด)

ไดโอดซิลิกอนคาร์ไบด์ (โดยเฉพาะไดโอดกั้นช็อตต์กี้ (SBD)): เนื่องจากมีกระแสการกู้คืนย้อนกลับแทบไม่มี จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานการสลับความถี่สูง เช่น อินเวอร์เตอร์โฟโตโวลตาอิกส์และเครื่องชาร์จออนบอร์ด โดยช่วยลดการสูญเสียในการสลับได้อย่างมาก

โมดูลซิลิคอนคาร์ไบด์: ชิปซิลิคอนคาร์ไบด์หลายตัว (เช่น MOSFET และไดโอด) ถูกรวมและบรรจุเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโมดูลพลังงาน ตัวอย่างเช่น โมดูลขับเคลื่อนหลักสำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ (NEV) มีข้อดีหลายประการ เช่น ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น

🔧 ข้อดีหลักของซิลิกอนคาร์ไบด์

ความสามารถของซิลิกอนคาร์ไบด์ในการทำให้เกิดการปฏิวัติเหล่านี้เกิดจากคุณสมบัติของวัสดุที่โดดเด่น:

ความแข็งแรงของสนามพังทลายสูง: ช่วยให้อุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น จึงเหมาะสำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าสูง

การนำความร้อนสูง: อำนวยความสะดวกในการระบายความร้อน ช่วยให้อุปกรณ์ทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นได้ และทำให้ระบบระบายความร้อนง่ายขึ้น

ความเร็วดริฟท์ความอิ่มตัวของอิเล็กตรอนสูง: ช่วยให้อุปกรณ์ SiC สามารถทำงานที่ความถี่สูงขึ้นได้ จึงช่วยลดขนาดและน้ำหนักของส่วนประกอบแบบพาสซีฟ (เช่น ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ) ในระบบ

แบนด์แก๊ปกว้าง: ช่วยให้อุปกรณ์ SiC มีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูงและทนต่อรังสีได้ดีเยี่ยม

🌐 สถานะการพัฒนาปัจจุบันของอุตสาหกรรม SiC

อุตสาหกรรม SiC กำลังประสบกับการเติบโตและขยายตัวอย่างรวดเร็ว:

การเติบโตอย่างต่อเนื่องของตลาด: ตลาดอุปกรณ์พลังงาน SiC คาดว่าจะเกิน 10.3 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2030 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้น (CAGR) มากกว่า 20% ในอีกห้าปีข้างหน้า

การอัปเกรดเทคโนโลยี: ขนาดเวเฟอร์กำลังเปลี่ยนจากขนาดหลัก 6 นิ้วเป็น 8 นิ้ว (ซึ่งสามารถลดต้นทุนต่อหน่วยได้มากกว่า 30%) และเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว

การปรับปรุงห่วงโซ่อุตสาหกรรมอย่างค่อยเป็นค่อยไป: บริษัทในประเทศกำลังพัฒนาและมีความก้าวหน้าในด้านสารตั้งต้น เอพิแทกซี การออกแบบอุปกรณ์ การผลิต และการบรรจุภัณฑ์โมดูล

แนวโน้มต้นทุน: ด้วยการปรับปรุงคุณภาพวัสดุ ขนาดเวเฟอร์ที่ใหญ่ขึ้น กระบวนการผลิตที่ได้รับการปรับปรุง และขนาดอุตสาหกรรมที่ขยายตัว ต้นทุนของอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์จึงลดลงเรื่อยๆ ปูทางไปสู่การใช้งานในระดับขนาดใหญ่ในหลากหลายสาขา

💎 สรุป

ด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและทางไฟฟ้าที่เหนือกว่า เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์จึงกลายเป็นปัจจัยขับเคลื่อนสำคัญด้านนวัตกรรมและการยกระดับในยานยนต์พลังงานใหม่ พลังงานหมุนเวียน แหล่งจ่ายไฟฟ้าอุตสาหกรรม การสื่อสาร 5G และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค แม้ว่าต้นทุนการผลิตอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ในปัจจุบัน (โดยเฉพาะ MOSFET) จะค่อนข้างสูงและมีข้อกำหนดด้านกระบวนการผลิตที่เข้มงวด แต่ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง การพัฒนาอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง และการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง คาดว่าต้นทุนจะลดลงอีก และโอกาสในการใช้งานก็มีแนวโน้มที่ดี