Eingebenktion auf Siliziumkarbid-Werkstoffe

Siliziumkarbid (SiC) ist eine anorganische Substanz, die aus Kohlenstoff und Silizium im Verhältnis 1:1 besteht und eine einzigartige tetraedrische Si-C-Struktur besitzt. Diese Struktur verleiht Siliziumkarbid hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften, wie hohe Härte, hohe thermische Stabilität und große Bandlücke. Die Bandlückenbreite von Siliziumkarbid beträgt bis zu 3,26 eV, fast das Dreifache von Silizium, wodurch es bei höheren Temperaturen stabil bleibt und eine höhere Durchschlagsfeldstärke aufweist.

Herstellung von Siliziumkarbid-Werkstoffen

Die Herstellung von Siliziumkarbidmaterialien umfasst hauptsächlich Gasphasenverfahren, Flüssigphasenverfahren und Festphasenverfahren. Darunter sind das physikalische Dampftransportverfahren (PVT) und das chemische Dampfabscheidungsverfahren (CVD) die wichtigsten Verfahren zur Herstellung hochwertiger SiC-Einkristalle. Das PVT-Verfahren sublimiert SiC-Quellpulver bei hohen Temperaturen und kondensiert und lässt hochwertige SiC-Einkristalle auf der Oberfläche des Impfkristalls wachsen. Das CVD-Verfahren erhält durch eine Hochtemperatur-Gasreaktion ultrafeines und hochreines SiC-Pulver. Darüber hinaus sind das Sol-Gel-Verfahren und das Top Seed Solution Growth-Verfahren (TSSG) ebenfalls häufig verwendete Herstellungsverfahren.

Anwendung von Siliziumkarbid-Werkstoffen

SiC-Materialien werden aufgrund ihrer hervorragenden Leistung in vielen Bereichen häufig eingesetzt.

‌Leistungsgeräte‌: Siliziumkarbidmaterialien bieten im Bereich der Leistungselektronik erhebliche Vorteile. Beispielsweise können Siliziumkarbid-Leistungsgeräte in Wechselrichtern und Ladesäulen für Elektrofahrzeuge die Gehäusegröße verringern, Verluste reduzieren und die Umwandlungseffizienz verbessern. Namhafte Autohersteller wie Tesla und BYD haben bereits Siliziumkarbid-Geräte in ihren Elektrofahrzeugprodukten verwendet. Darüber hinaus werden Siliziumkarbid-Geräte auch häufig in Photovoltaik-Wechselrichtern und im Schienenverkehr eingesetzt, was die Gesamteffizienz des Systems verbessern kann.

‌HF-Geräte‌: Im Militär- und Kommunikationsbereich sind HF-Geräte auf Basis von Siliziumkarbid und Galliumnitrid zu Kernkomponenten von Systemen wie 5G-Mobilfunksystemen und aktiven Phased-Array-Radaren der neuen Generation geworden. Aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit, hohen Frequenz und hohen Leistung bieten Siliziumkarbidmaterialien breite Anwendungsaussichten im Bereich der HF-Geräte.

‌Schnellladegerät‌: Siliziumkarbid-Bauelemente gelten aufgrund ihrer hervorragenden Hochtemperaturbeständigkeit, geringen Verluste und hohen Effizienz als ideale Wahl für die neue Generation von Leistungsbauelementen. Beispielsweise werden Siliziumkarbiddioden wie G3S06505C und G5S6504Z von Tyco Tianrun häufig in Schaltnetzteilen, PFC-Faktorkorrekturen, Motorantrieben, Wechselrichtern und anderen Szenarien eingesetzt.

‌Luftfahrt‌: Siliziumkarbidpartikelverstärkte Verbundwerkstoffe auf Aluminiumbasis haben auch in der Luft- und Raumfahrt bahnbrechende Anwendungen erzielt. In der Bauchflosse des F16-Kampfflugzeugs und im neuen Hubschrauberrotorsystem von Eurocopter beispielsweise verbessern siliziumkarbidpartikelverstärkte Verbundwerkstoffe auf Aluminiumbasis die Steifigkeit und Lebensdauer der Komponenten erheblich.

Marktgröße und Entwicklungstrend der Siliziumkarbidindustrie

Laut Yoles Daten wird der weltweite Markt für SiC-Leistungsgeräte von 1,09 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 auf 6,297 Milliarden US-Dollar im Jahr 2027 wachsen, was einer jährlichen Wachstumsrate von 34 % entspricht. Gleichzeitig wird der Markt für HF-Geräte auf Basis von Siliziumkarbid und Galliumnitrid weiter wachsen. Auf dem chinesischen Markt wird der Markt für Leistungselektronikgeräte aus Siliziumkarbid und Galliumnitrid voraussichtlich auf fast 30 Milliarden Yuan anwachsen, was einer jährlichen Wachstumsrate von 45 % entspricht.

Herausforderungen und Chancen in der Siliziumkarbidindustrie

Obwohl Siliziumkarbidmaterialien viele Vorteile haben, sind ihre Herstellung und Anwendung noch mit einigen Herausforderungen verbunden. Beispielsweise ist die Herstellungstechnologie von Siliziumkarbidsubstraten schwierig und die Ausbeute muss verbessert werden; die Herstellungskosten von Siliziumkarbidgeräten sind hoch und die Marktförderung erfordert noch Anstrengungen. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie und der kontinuierlichen Expansion des Marktes wird die Siliziumkarbidindustrie jedoch weitere Entwicklungsmöglichkeiten eröffnen. In Zukunft werden Siliziumkarbidmaterialien in mehr Bereichen eingesetzt und der Entwicklung der Halbleiterindustrie neue Vitalität verleihen.