SiC für Hochtemperaturelektronik
Fortschritte in der Silizium-basierten Hochtemperaturelektronik haben umfassenden Einfluss auf viele wichtige Industriebereiche. In der Öl- und Gasindustrie werden diese Bauteile immer wichtiger für die Verlängerung der Nutzungsdauer von Kohlenwasserstoffspeichern, indem sie die Effizienz bei der Förderung steigern und so somit die Kosten pro Barrel Öl senken. Im Automobilbereich und in der Luftfahrt wird Innovation hauptsächlich von der Entwicklung leistungsfähiger und hochtemperaturbeständiger Anwendungen angetrieben. Si-basierte Geräte können jedoch die ständig steigenden Anforderungen an Belastbarkeit mit höheren Strömen und Spannungen und insbesondere höheren Temperaturen nicht erfüllen. Im Rahmen des ATHIS-Projektes wurde Siliziumkarbid (SiC) als ein Werkstoff bestimmt, der aufgrund seiner überragenden elektrischen und thermischen Eigenschaften das Potenzial hat, Si zu ersetzen. Projektpartner am Centro Nacional de Microelectronica in Spanien haben in Experimenten die Leistung modernster SiC-Leistungsgeräte, SiC-basierter Schottky-Dioden, untersucht. SiC-basierte Schottky-Dioden haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Durchschlagfestigkeit. Diese SiC-Leistungselektronik-Bauteile sollten folglich in extremen Umgebungen und in einem großen Temperaturbereich betrieben werden können. In einem weiteren Schritt zur Verbesserung marktüblicher Schottky-Dioden wurde das häufig für Gleichrichterkontakte verwendete Titan (Ti) durch Nickel (Ni) ersetzt und so die Verlustleistung reduziert. Modernste Silizium-PN-Flächendioden wurden elektrisch getestet und als Funktion der Temperatur charakterisiert. Vergleiche der Ergebnisse derselben Tests mit verbesserten Schottky-Dioden haben repräsentative Eigenschaften gezeigt, die über kompaktere Abmessungen und geringeres Gewicht hinausgehen. Die Schaltverluste sind so gering, dass die Dioden optimal für Hochspannungs-Elektronikanwendungen geeignet sind, beispielsweise für Konverter für Leistungselektronik.
