Με την αναπτυσσόμενη βιομηχανία, η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας αυξήθηκε κάθε χρόνο. Στην Κίνα, η ρύπανση από μηχανοκίνητα οχήματα έχει καταστεί σημαντική πηγή ατμοσφαιρικής ρύπανσης, σημαντική αιτία τέφρας και φωτοχημικής ρύπανσης από νέφη, καθώς και ο επείγων χαρακτήρας της πρόληψης και ελέγχου της ρύπανσης από τα αυτοκίνητα. Η εξοικονόμηση ενέργειας και η μείωση των εκπομπών έχουν καταστεί σημαντικό ζήτημα στην ανάπτυξη της αυτοκινητοβιομηχανίας. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη έντονα νέων ενεργειακών οχημάτων είναι ένα στρατηγικό μέτρο για την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας και τη μείωση των εκπομπών και την προώθηση της βιώσιμης ανάπτυξης της αυτοκινητοβιομηχανίας της Κίνας.
Προς το παρόν, τα ηλεκτρικά τμήματα του EV (Pure Electric Vehicle) και του HEV (Hybrid Electric Vehicle) αποτελούνται κυρίως από συσκευές ισχύος με πυρίτιο (Si). Με την ανάπτυξη ηλεκτρικών οχημάτων, έχουν τεθεί υψηλότερες απαιτήσεις στη μικρογράφηση και τη μείωση του βάρους των ηλεκτρικών κινητήρων. Ωστόσο, λόγω περιορισμών υλικού, οι παραδοσιακές συσκευές ισχύος βασισμένες σε Si έχουν προσεγγίσει ή και έφτασαν στα εγγενή όρια των υλικών τους από πολλές απόψεις. Ως εκ τούτου, διάφοροι κατασκευαστές αυτοκινήτων έχουν μεγάλες ελπίδες για μια νέα γενιά συσκευών ισχύος καρβιδίου του πυριτίου (SiC).
Οι ημιαγωγοί τρίτης γενιάς, που αντιπροσωπεύονται από καρβίδιο του πυριτίου, έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα παραδοσιακά υλικά ημιαγωγών όπως το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο και το αρσενικό του γαλλίου, όπως υψηλή θερμική αγωγιμότητα, υψηλή αντοχή του πεδίου κατανομής, υψηλό ποσοστό παρασυρόμενων ηλεκτρονίων και υψηλή συνδετική ενέργεια. Η υψηλή χημική σταθερότητα και η ισχυρή αντίσταση στην ακτινοβολία έχουν καθορίσει ότι το καρβίδιο του πυριτίου έχει αναντικατάστατη θέση σε πολλούς τομείς. Κυρίως ως εξής:
(1) Το SiC έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα (έως 4,9 W / cm • K), η οποία είναι 3,3 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Si. Επομένως, το υλικό SiC έχει καλό αποτέλεσμα διάχυσης θερμότητας. Θεωρητικά, η συσκευή ισχύος SiC μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασία σύνδεσης 175 ° C, οπότε ο όγκος της ψύκτρας μπορεί να μειωθεί σημαντικά, πράγμα που είναι κατάλληλο για την κατασκευή συσκευών υψηλής θερμοκρασίας.
(2) Το SiC έχει υψηλή ένταση πεδίου διαχωρισμού και το ηλεκτρικό του πεδίο κατανομής είναι 10 φορές μεγαλύτερο από το Si, επομένως είναι κατάλληλο για διακόπτες υψηλής τάσης και έχει ισχυρή ικανότητα διαχείρισης ισχύος, καθιστώντας τα υλικά SiC κατάλληλα για την παραγωγή υψηλής ισχύος, συσκευές υψηλού ρεύματος.
(3) Το SiC έχει ένα υψηλό ποσοστό παρασυρόμενων ηλεκτρονίων, το οποίο είναι διπλάσιο από το Si και ελάχιστα εξασθενίζει στα υψηλά πεδία και η υψηλή ικανότητα επεξεργασίας του πεδίου είναι ισχυρή. Συνεπώς, το υλικό SiC είναι κατάλληλο για συσκευές υψηλής συχνότητας.
Ο μονοκρύσταλλος SiC είναι επίσης το πιο ώριμο υλικό ημιαγωγών τρίτης γενιάς στην τεχνολογία προετοιμασίας. Ως εκ τούτου, το SiC είναι ένα από τα ιδανικά υλικά για την κατασκευή συσκευών υψηλής τάσης, υψηλής συχνότητας, υψηλής ισχύος, υψηλής τάσης.
Είναι γνωστό ότι οι μονάδες ισχύος IGBT υψηλής πυκνότητας ισχύος, υψηλής τάσης και υψηλής τάσης είναι τα πιο σημαντικά στοιχεία του μετατροπέα. Όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα ισχύος, τόσο πιο συμπαγής είναι το σχέδιο του ηλεκτρικού συστήματος κίνησης και τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς στον ίδιο όγκο. Λόγω της υψηλής πυκνότητας ρεύματος των συσκευών SiC (π.χ., τα προϊόντα Infineon έως 700 A / cm2), το πλήρες μέγεθος συσκευασίας της μονάδας ισχύος SiC είναι σημαντικά μικρότερο από το Si IGBT στην ίδια ισχύ, μειώνοντας σημαντικά το μέγεθος του μονάδα ισχύος.
