सिलिकॉन कार्बाइड के अनुप्रयोग

इलेक्ट्रिक वाहनों के मुख्य घटकों में, ऑटोमोटिव पावर मॉड्यूल-मुख्य रूप से आईजीबीटी तकनीक का उपयोग-एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ये मॉड्यूल न केवल इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम के प्रमुख प्रदर्शन को निर्धारित करते हैं बल्कि मोटर इन्वर्टर की लागत का 40% से अधिक का योगदान भी देते हैं। के महत्वपूर्ण फायदों के कारणसिलिकॉन कार्बाइड (SiC)पारंपरिक सिलिकॉन (Si) सामग्रियों की तुलना में, ऑटोमोटिव उद्योग में SiC मॉड्यूल को तेजी से अपनाया और बढ़ावा दिया गया है। इलेक्ट्रिक वाहन अब SiC मॉड्यूल का उपयोग कर रहे हैं।

नई ऊर्जा वाहनों का क्षेत्र व्यापक रूप से अपनाने के लिए एक महत्वपूर्ण युद्ध का मैदान बनता जा रहा हैसिलिकॉन कार्बाइड (SiC)बिजली उपकरण और मॉड्यूल। प्रमुख सेमीकंडक्टर निर्माता सक्रिय रूप से SiC MOS समानांतर कॉन्फ़िगरेशन, तीन-चरण पूर्ण-पुल इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण मॉड्यूल और ऑटोमोटिव-ग्रेड SiC MOS मॉड्यूल जैसे समाधान तैनात कर रहे हैं, जो SiC सामग्रियों की महत्वपूर्ण क्षमता को उजागर करते हैं। SiC सामग्रियों की उच्च शक्ति, उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति घनत्व विशेषताएं इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणालियों के आकार में पर्याप्त कमी की अनुमति देती हैं। इसके अतिरिक्त, SiC के उत्कृष्ट उच्च तापमान गुणों ने नए ऊर्जा वाहन क्षेत्र में काफी ध्यान आकर्षित किया है, जिससे जोरदार विकास और रुचि पैदा हुई है।

वर्तमान में, सबसे आम SiC-आधारित डिवाइस SiC शोट्की डायोड (SBD) और SiC MOSFETs हैं। जबकि इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (आईजीबीटी) एमओएसएफईटी और बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी) दोनों के फायदों को जोड़ते हैं,सिकतीसरी पीढ़ी के वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री के रूप में, पारंपरिक सिलिकॉन (Si) की तुलना में बेहतर समग्र प्रदर्शन प्रदान करता है। हालाँकि, अधिकांश चर्चाएँ SiC MOSFETs पर केंद्रित होती हैं, जबकि SiC IGBTs पर बहुत कम ध्यान दिया जाता है। यह असमानता मुख्य रूप से SiC प्रौद्योगिकी के कई लाभों के बावजूद बाजार में सिलिकॉन-आधारित आईजीबीटी के प्रभुत्व के कारण है।

जैसे-जैसे तीसरी पीढ़ी के वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री का चलन बढ़ रहा है, SiC डिवाइस और मॉड्यूल विभिन्न उद्योगों में IGBT के संभावित विकल्प के रूप में उभर रहे हैं। फिर भी, SiC ने IGBTs को पूरी तरह से प्रतिस्थापित नहीं किया है। गोद लेने में मुख्य बाधा लागत है; SiC बिजली उपकरण अपने सिलिकॉन समकक्षों की तुलना में लगभग छह से नौ गुना अधिक महंगे हैं। वर्तमान में, मुख्यधारा SiC वेफर का आकार छह इंच है, जिससे Si सबस्ट्रेट्स के पूर्व निर्माण की आवश्यकता होती है। इन वेफर्स से जुड़ी उच्च दोष दर उनकी बढ़ी हुई लागत में योगदान करती है, जिससे उनके मूल्य लाभ सीमित हो जाते हैं।

हालाँकि SiC IGBT को विकसित करने के लिए कुछ प्रयास किए गए हैं, लेकिन उनकी कीमतें आम तौर पर अधिकांश बाज़ार अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक नहीं हैं। ऐसे उद्योगों में जहां लागत सर्वोपरि है, SiC के तकनीकी लाभ पारंपरिक सिलिकॉन उपकरणों के लागत लाभ जितने आकर्षक नहीं हो सकते हैं। हालाँकि, ऑटोमोटिव उद्योग जैसे क्षेत्रों में, जो कीमत के प्रति कम संवेदनशील हैं, SiC MOSFET अनुप्रयोग आगे बढ़े हैं। इसके बावजूद, SiC MOSFETs वास्तव में कुछ क्षेत्रों में Si IGBTs पर प्रदर्शन लाभ प्रदान करते हैं। निकट भविष्य में, दोनों तकनीकों के सह-अस्तित्व में रहने की उम्मीद है, हालांकि बाजार प्रोत्साहन या तकनीकी मांग की वर्तमान कमी उच्च-प्रदर्शन वाले SiC IGBT के विकास को सीमित करती है।

भविष्य में,सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (आईजीबीटी) को मुख्य रूप से पावर इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसफार्मर (पीईटी) में लागू किए जाने की उम्मीद है। पीईटी बिजली रूपांतरण प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में महत्वपूर्ण हैं, विशेष रूप से मध्यम और उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए, जिसमें स्मार्ट ग्रिड निर्माण, ऊर्जा इंटरनेट एकीकरण, वितरित नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण और इलेक्ट्रिक लोकोमोटिव ट्रैक्शन इनवर्टर शामिल हैं। उन्होंने अपनी उत्कृष्ट नियंत्रणीयता, उच्च सिस्टम अनुकूलता और बेहतर बिजली गुणवत्ता प्रदर्शन के लिए व्यापक मान्यता प्राप्त की है।

हालाँकि, पारंपरिक पीईटी तकनीक को कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जिनमें कम रूपांतरण दक्षता, बिजली घनत्व बढ़ाने में कठिनाइयाँ, उच्च लागत और अपर्याप्त विश्वसनीयता शामिल हैं। इनमें से कई मुद्दे पावर सेमीकंडक्टर उपकरणों की वोल्टेज प्रतिरोध सीमाओं से उत्पन्न होते हैं, जिसके लिए उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों (जैसे कि 10 केवी के करीब या उससे अधिक) में जटिल मल्टी-स्टेज श्रृंखला संरचनाओं के उपयोग की आवश्यकता होती है। इस जटिलता से बिजली घटकों, ऊर्जा भंडारण तत्वों और प्रेरकों की संख्या में वृद्धि होती है।

इन चुनौतियों का समाधान करने के लिए, उद्योग सक्रिय रूप से उच्च-प्रदर्शन अर्धचालक सामग्रियों, विशेष रूप से SiC IGBTs को अपनाने की जांच कर रहा है। तीसरी पीढ़ी के विस्तृत बैंडगैप सेमीकंडक्टर सामग्री के रूप में, SiC अपनी उल्लेखनीय उच्च ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र ताकत, विस्तृत बैंडगैप, तेज इलेक्ट्रॉन संतृप्ति प्रवासन दर और उत्कृष्ट तापीय चालकता के कारण उच्च वोल्टेज, उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा करता है। SiC IGBTs ने पहले से ही पावर इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र के भीतर मध्यम और उच्च वोल्टेज रेंज (जिसमें 10 kV और उससे कम तक सीमित नहीं है) में असाधारण प्रदर्शन किया है, उनकी बेहतर चालन विशेषताओं, अल्ट्रा-फास्ट स्विचिंग गति और व्यापक सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र के लिए धन्यवाद।

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