ຈາກຊິລິກອນຫາຊິລິກອນຄາໄບ: ວັດສະດຸທີ່ມີຄວາມສາມາດໃນການນຳຄວາມຮ້ອນສູງກຳລັງກຳນົດນິຍາມການຫຸ້ມຫໍ່ຊິບຄືນໃໝ່ແນວໃດ

ຊິລິກອນເປັນພື້ນຖານຂອງເຕັກໂນໂລຊີເຄິ່ງຕົວນຳມາດົນແລ້ວ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຍ້ອນວ່າຄວາມໜາແໜ້ນຂອງທຣານຊິດເຕີເພີ່ມຂຶ້ນ ແລະ ໂປເຊດເຊີ ແລະ ໂມດູນພະລັງງານທີ່ທັນສະໄໝສ້າງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນເລື້ອຍໆ, ວັດສະດຸທີ່ອີງໃສ່ຊິລິກອນປະເຊີນກັບຂໍ້ຈຳກັດພື້ນຖານໃນການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງທາງກົນຈັກ.

ຊິລິກອນຄາໄບ(SiC), ເຊິ່ງເປັນເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ມີແບນວິດກວ້າງ, ມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນ ແລະ ຄວາມແຂງກະດ້າງທາງກົນຈັກສູງກວ່າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ໃນຂະນະທີ່ຮັກສາຄວາມໝັ້ນຄົງພາຍໃຕ້ການປະຕິບັດງານທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ. ບົດຄວາມນີ້ສຳຫຼວດວິທີການຫັນປ່ຽນຈາກຊິລິໂຄນໄປສູ່ SiC ກຳລັງປັບປຸງການຫຸ້ມຫໍ່ຊິບ, ຂັບເຄື່ອນປັດຊະຍາການອອກແບບໃໝ່ ແລະ ການປັບປຸງປະສິດທິພາບໃນລະດັບລະບົບ.

1. ການນຳຄວາມຮ້ອນ: ການແກ້ໄຂຂໍ້ຈຳກັດຂອງການກະຈາຍຄວາມຮ້ອນ

ໜຶ່ງໃນສິ່ງທ້າທາຍຫຼັກໃນການຫຸ້ມຫໍ່ຊິບແມ່ນການກຳຈັດຄວາມຮ້ອນຢ່າງໄວວາ. ໂປເຊດເຊີປະສິດທິພາບສູງ ແລະ ອຸປະກອນພະລັງງານສາມາດຜະລິດພະລັງງານໄດ້ຫຼາຍຮ້ອຍຫາຫຼາຍພັນວັດໃນພື້ນທີ່ກະທັດຮັດ. ຖ້າບໍ່ມີການລະບາຍຄວາມຮ້ອນທີ່ມີປະສິດທິພາບ, ບັນຫາຫຼາຍຢ່າງຈະເກີດຂຶ້ນ:

• ອຸນຫະພູມຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ສູງຂຶ້ນເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງອຸປະກອນຫຼຸດລົງ

• ລັກສະນະທາງໄຟຟ້າຜິດປົກກະຕິ, ເຮັດໃຫ້ຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງການປະຕິບັດຫຼຸດລົງ

• ການສະສົມຄວາມກົດດັນທາງກົນຈັກ, ເຊິ່ງນຳໄປສູ່ການແຕກຂອງກ່ອງ ຫຼື ຄວາມລົ້ມເຫຼວ

ຊິລິໂຄນມີຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນປະມານ 150 W/m·K, ໃນຂະນະທີ່ SiC ສາມາດບັນລຸ 370–490 W/m·K, ຂຶ້ນກັບທິດທາງຂອງຜລຶກ ແລະ ຄຸນນະພາບຂອງວັດສະດຸ. ຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ສຳຄັນນີ້ເຮັດໃຫ້ການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ອີງໃສ່ SiC ສາມາດ:

• ນຳຄວາມຮ້ອນໄດ້ໄວຂຶ້ນ ແລະ ເປັນເອກະພາບຫຼາຍຂຶ້ນ

• ອຸນຫະພູມຈຸດສູງສຸດຕ່ຳກວ່າ

• ຫຼຸດຜ່ອນການເພິ່ງພາອາໄສວິທີແກ້ໄຂຄວາມເຢັນພາຍນອກຂະໜາດໃຫຍ່

2. ສະຖຽນລະພາບກົນຈັກ: ກຸນແຈທີ່ເຊື່ອງໄວ້ຕໍ່ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືຂອງແພັກເກດ

ນອກເໜືອໄປຈາກການພິຈາລະນາດ້ານຄວາມຮ້ອນ, ການຫຸ້ມຫໍ່ຊິບຕ້ອງທົນທານຕໍ່ວົງຈອນຄວາມຮ້ອນ, ຄວາມກົດດັນທາງກົນຈັກ, ແລະ ການໂຫຼດໂຄງສ້າງ. SiC ມີຂໍ້ດີຫຼາຍຢ່າງທີ່ເໜືອກວ່າຊິລິໂຄນ:

• ໂມດູນຂອງ Higher Young: SiC ມີຄວາມແຂງກວ່າຊິລິໂຄນ 2–3 ເທົ່າ, ຕ້ານທານການບິດງໍ ແລະ ການບິດງໍ

• ສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນ (CTE) ຕ່ຳກວ່າ: ການຈັບຄູ່ທີ່ດີກວ່າກັບວັດສະດຸຫຸ້ມຫໍ່ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມກົດດັນທາງຄວາມຮ້ອນ

• ຄວາມໝັ້ນຄົງທາງເຄມີ ແລະ ຄວາມຮ້ອນທີ່ດີເລີດ: ຮັກສາຄວາມສົມບູນພາຍໃຕ້ສະພາບແວດລ້ອມທີ່ມີຄວາມຊຸ່ມຊື່ນ, ອຸນຫະພູມສູງ ຫຼື ການກັດກ່ອນ

ຄຸນສົມບັດເຫຼົ່ານີ້ປະກອບສ່ວນໂດຍກົງຕໍ່ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖື ແລະ ຜົນຜະລິດໃນໄລຍະຍາວທີ່ສູງຂຶ້ນ, ໂດຍສະເພາະໃນການນຳໃຊ້ການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ມີພະລັງງານສູງ ຫຼື ຄວາມໜາແໜ້ນສູງ.

3. ການປ່ຽນແປງໃນປັດຊະຍາການອອກແບບການຫຸ້ມຫໍ່

ການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນແບບດັ້ງເດີມແມ່ນຂຶ້ນກັບການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນພາຍນອກຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງລະບາຍຄວາມຮ້ອນ, ແຜ່ນເຢັນ, ຫຼື ການເຮັດຄວາມເຢັນແບບ active cooling, ເຊິ່ງປະກອບເປັນຮູບແບບ "ການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນແບບ passive". ການນຳໃຊ້ SiC ໄດ້ປ່ຽນແປງວິທີການນີ້ຢ່າງພື້ນຖານ:

• ການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນແບບຝັງຕົວ: ຕົວຊຸດເອງກາຍເປັນເສັ້ນທາງຄວາມຮ້ອນທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ

• ຮອງຮັບຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນ: ຊິບສາມາດວາງໃກ້ກັນ ຫຼື ວາງຊ້ອນກັນໄດ້ໂດຍບໍ່ເກີນຂີດຈຳກັດຄວາມຮ້ອນ

• ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນໃນການເຊື່ອມໂຍງລະບົບທີ່ດີຂຶ້ນ: ການເຊື່ອມໂຍງຫຼາຍຊິບ ແລະ ການເຊື່ອມໂຍງທີ່ບໍ່ເປັນເອກະພາບຈະເປັນໄປໄດ້ໂດຍບໍ່ມີການຫຼຸດຜ່ອນປະສິດທິພາບດ້ານຄວາມຮ້ອນ

ໂດຍຫຍໍ້ແລ້ວ, SiC ບໍ່ພຽງແຕ່ເປັນ "ວັດສະດຸທີ່ດີກວ່າ" ເທົ່ານັ້ນ - ມັນຊ່ວຍໃຫ້ວິສະວະກອນສາມາດຄິດຄືນໃໝ່ກ່ຽວກັບຮູບແບບຊິບ, ການເຊື່ອມຕໍ່ ແລະ ສະຖາປັດຕະຍະກຳແພັກເກດ.

4. ຜົນສະທ້ອນຕໍ່ການເຊື່ອມໂຍງທີ່ບໍ່ເປັນເອກະພາບ

ລະບົບເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ທັນສະໄໝໄດ້ລວມເອົາອຸປະກອນຕາມເຫດຜົນ, ພະລັງງານ, RF, ແລະແມ້ກະທັ້ງອຸປະກອນໂຟໂຕນິກພາຍໃນຊຸດດຽວຫຼາຍຂຶ້ນເລື້ອຍໆ. ແຕ່ລະອົງປະກອບມີຄວາມຕ້ອງການດ້ານຄວາມຮ້ອນ ແລະ ກົນຈັກທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ຊັ້ນຮອງພື້ນ ແລະ ຕົວເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ອີງໃສ່ SiC ໃຫ້ເວທີທີ່ເປັນເອກະພາບທີ່ຮອງຮັບຄວາມຫຼາກຫຼາຍນີ້:

• ການນຳຄວາມຮ້ອນສູງຊ່ວຍໃຫ້ການແຈກຢາຍຄວາມຮ້ອນຢ່າງເປັນເອກະພາບໃນຫຼາຍອຸປະກອນ

• ຄວາມແຂງແກ່ນທາງກົນຈັກຮັບປະກັນຄວາມສົມບູນຂອງແພັກເກດພາຍໃຕ້ການຈັດລຽງຊ້ອນກັນທີ່ສັບສົນ ແລະ ຮູບແບບຄວາມໜາແໜ້ນສູງ.

• ຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ກັບອຸປະກອນແບນວິດກວ້າງເຮັດໃຫ້ SiC ເໝາະສົມໂດຍສະເພາະສຳລັບການນຳໃຊ້ພະລັງງານລຸ້ນຕໍ່ໄປ ແລະ ການນຳໃຊ້ຄອມພິວເຕີທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ.

5. ການພິຈາລະນາດ້ານການຜະລິດ

ໃນຂະນະທີ່ SiC ມີຄຸນສົມບັດຂອງວັດສະດຸທີ່ດີກວ່າ, ຄວາມແຂງ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງທາງເຄມີຂອງມັນເຮັດໃຫ້ເກີດສິ່ງທ້າທາຍໃນການຜະລິດທີ່ເປັນເອກະລັກ:

• ການເຮັດໃຫ້ແຜ່ນບາງ ແລະ ການກະກຽມພື້ນຜິວ: ຕ້ອງການການບົດ ແລະ ຂັດເງົາຢ່າງແມ່ນຍຳເພື່ອຫຼີກລ່ຽງການແຕກ ແລະ ການບິດງໍ

• ການສ້າງເສັ້ນທາງ ແລະ ຮູບແບບ: ເສັ້ນຜ່າສູນກາງທີ່ມີອັດຕາສ່ວນສູງມັກຈະຕ້ອງການເຕັກນິກການແກະສະຫຼັກແບບແຫ້ງທີ່ຊ່ວຍດ້ວຍເລເຊີ ຫຼື ເຕັກນິກການແກະສະຫຼັກແບບພິເສດ

• ການເຮັດດ້ວຍໂລຫະ ແລະ ການເຊື່ອມຕໍ່ລະຫວ່າງ: ການຍຶດຕິດທີ່ໜ້າເຊື່ອຖື ແລະ ເສັ້ນທາງໄຟຟ້າທີ່ມີຄວາມຕ້ານທານຕ່ຳຕ້ອງການຊັ້ນກີດຂວາງພິເສດ

• ການກວດກາ ແລະ ການຄວບຄຸມຜົນຜະລິດ: ຄວາມແຂງແກ່ນຂອງວັດສະດຸສູງ ແລະ ຂະໜາດແຜ່ນເວເຟີຂະໜາດໃຫຍ່ເຮັດໃຫ້ຜົນກະທົບຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງເລັກນ້ອຍເພີ່ມຂຶ້ນ

ການແກ້ໄຂບັນຫາເຫຼົ່ານີ້ໃຫ້ສຳເລັດຜົນແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍຕໍ່ການຮັບຮູ້ຜົນປະໂຫຍດຢ່າງເຕັມທີ່ຂອງ SiC ໃນການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ.

ສະຫຼຸບ

ການຫັນປ່ຽນຈາກຊິລິກອນໄປເປັນຊິລິກອນຄາໄບ ເປັນຕົວແທນຫຼາຍກວ່າການຍົກລະດັບວັດສະດຸ - ມັນປ່ຽນຮູບແບບການຫຸ້ມຫໍ່ຊິບທັງໝົດ. ໂດຍການປະສົມປະສານຄຸນສົມບັດທາງຄວາມຮ້ອນ ແລະ ກົນຈັກທີ່ດີກວ່າເຂົ້າກັບຊັ້ນຮອງພື້ນ ຫຼື ຕົວກາງໂດຍກົງ, SiC ຊ່ວຍໃຫ້ມີຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານສູງຂຶ້ນ, ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືທີ່ດີຂຶ້ນ, ແລະ ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນທີ່ສູງຂຶ້ນໃນການອອກແບບລະດັບລະບົບ.

ຍ້ອນວ່າອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳຍັງສືບຕໍ່ຍູ້ຂີດຈຳກັດຂອງປະສິດທິພາບ, ວັດສະດຸທີ່ອີງໃສ່ SiC ບໍ່ພຽງແຕ່ເປັນການປັບປຸງທາງເລືອກເທົ່ານັ້ນ - ພວກມັນເປັນຕົວກະຕຸ້ນທີ່ສຳຄັນຂອງເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່ລຸ້ນຕໍ່ໄປ.