隨著電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)、核電、太陽(yáng)能以及航海、航空、航天、高鐵交通等能源領(lǐng)域的不斷發(fā)展,我們對(duì)電力設(shè)備的性能有了更高的要求。 然而,目前以硅材料為基礎(chǔ)的第一代半導(dǎo)體材料已經(jīng)接近其性質(zhì)所決定的理論極限。
第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的帶寬、更高的擊穿電場(chǎng)、熱導(dǎo)率、電子飽和以及更高的抗輻射能力,適用于制造高溫、高頻、抗輻射和大功率器件。它們有望取代第一代半導(dǎo)體材料硅,以滿足未來(lái)更高的要求,并將在工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。
碳化硅陶瓷材料是最成熟的第三代半導(dǎo)體材料,也是最有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域之一。其各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于硅,帶寬幾乎是硅的三倍。此外,碳化硅器件的理論工作溫度為600°C,遠(yuǎn)高于硅器件。
以下是碳化硅在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用:
電動(dòng)汽車
碳化硅作為電動(dòng)汽車充電模塊和電氣模塊的核心先進(jìn)電子材料,可以實(shí)現(xiàn)綠色、低碳、智能和可持續(xù)發(fā)展。使用碳化硅作為能源供應(yīng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面: (1)提高頻率,簡(jiǎn)化供電網(wǎng)絡(luò); (2)減少損耗和溫升;和 (3)縮小體積,提高效率。碳化硅組件可以提高純電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力轉(zhuǎn)換性能。在電動(dòng)汽車的電動(dòng)模塊中,電動(dòng)機(jī)為主動(dòng)負(fù)載,其轉(zhuǎn)速范圍較寬,在行駛過(guò)程中需要頻繁的加減速,因此工況比一般的調(diào)速系統(tǒng)更復(fù)雜。
新傳輸系統(tǒng)
這碳化硅粉末開(kāi)關(guān)是硅基器件的理想替代品,因?yàn)樗诟邏?、高溫和高頻應(yīng)用中具有極低的開(kāi)路電阻。碳化硅組件的使用可以將功率損耗降低五倍以上,同時(shí)將尺寸和重量減少40%以上,這將對(duì)未來(lái)的電網(wǎng)配置和能源戰(zhàn)略調(diào)整產(chǎn)生重大影響。
太陽(yáng)能領(lǐng)域
碳化硅功率器件適用于一些高功率模塊應(yīng)用,如太陽(yáng)能逆變器。它能夠?qū)崿F(xiàn)更小的尺寸、更低的材料成本和更高的效率。新標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能硅基逆變器的典型轉(zhuǎn)換效率接近96%,而碳化硅基逆變器的平均效率可以提高到97.5%,這相當(dāng)于逆變器損耗減少了25%。此外,基于碳化硅的逆變器可以將風(fēng)電場(chǎng)的轉(zhuǎn)換效率提高20%。
LED照明
目前,以碳化硅為核心材料的第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)和LED光電器件應(yīng)用正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。碳化硅LED照明設(shè)備可減少原有LED燈數(shù)量1/3,降低成本40-50%,亮度提高2倍,導(dǎo)熱系數(shù)提高10倍以上。在日常生活中,碳化硅LED半導(dǎo)體照明還可以應(yīng)用于各種信號(hào)燈、室內(nèi)照明、信息屏、彩色顯示設(shè)備等。,可實(shí)現(xiàn)較高的電光轉(zhuǎn)換效率,并達(dá)到降低成本和污染的顯著目的。
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