Zum Hauptinhalt springen
Man muß nicht alles wissen! Nur, wo es steht!

Schlüsseltechnologie Leistungselektronik mit SiC

Wo große Leistungen elektronisch geschaltet werden müssen, kommen seit wenigen Jahren neben der altbewährten Silizium-Technologie Transistoren auf Basis SiC zum Einsatz. Das Basismaterial Siliziumkarbid hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit (x3), eine höhere Spannungsfestigkeit (x10) und eine höher Bandlücke (Abstand zwischen leitendem und nichtleitendem Zustand; Wide-Band-Gap; x3) wie Silizium. Dadurch ist dieser Halbleiter besonders interessant für den Einsatz u.a. in der Elektromobilität. 

Beim Schalten hoher Lasten entsteht in der Phase des Übergangs vom Zustand "An" zum Zustand "Aus" und zurück ein ohmscher Widerstandsverlust. Durch die hohe Spannungsfestigkeit des Leitungsbandabstandes kann die Driftschicht sehr dünn gehalten werden. SiC erlaubt daher eine höhere Schaltfrequenz bei einem deutlich geringeren Widerstandsverlust. Auch ist die Temperaturabhängigkeit des Schaltverhaltens erheblich geringer wie bei Silizium-Transistoren.

Hohe Leistungsdichte, hohe Spannungsfestigkeit, hohe Schaltfrequenz - SiC-Transistoren sind wie geschaffen für Anwendungen in der Hochvolttechnik. In jeder Ladesäule, in jedem Elektromobil sind Umrichter notwendig, um eine Anpassung der elektrischen Leistung zu ermöglichen. Sei es beim Beschleunigen während der Fahrt oder dem Abregeln der Ladeleistung bei gleichzeitiger Nutzung eines Ladeknotenpunktes durch mehrere Elektrofahrzeuge. Mit Sperrspannungen bis 2.500 V und vielen Hundert Ampere Schaltleistung sind SiC Transistoren ideal geeignet für das Hochenergieladen von E-Autos geeignet.

Allerdings ist die Herstellung von elektronik-tauglichem Siliziumkarbid (schon lange bekannt als sehr widerstandsfähiges Schleifmittel und für Schnellschneid-Messer bei der Metallbearbeitung) erheblich aufwändiger. Die Ingots (Einkristalle) wachsen erheblich langsamer, man benötigt erheblich mehr Energie und die Weiterverarbeitung ist aufwändiger. Bislang gibt es nur sehr wenige Firmen, die SiC für die Elektronik herstellen. Eines dieser Unternehmen ist die Firma SiCrystal aus Nürnberg. Eine andere Firma ist PVA TePla aus Wettenberg, die dazu passende Kristallzucht-Anlagen herstellen ähnlich Aixtron aus Herzogenrath. Andere Anbieter sind z.B. Cree (inzwischen Wolfspeed; USA) und Infineon (D).