Od waferu k výkonové elektronice: Konsorcium buduje evropský dodavatelský řetězec pro technologii polovodičů z karbidu křemíku

Reutlingen, Německo – Zlepšení energetické účinnosti při současné ochraně klimatu a životního prostředí: Na tyto cíle se zaměřuje řada klíčových projektů, jako je elektromobilita, výroba energie z obnovitelných zdrojů a také „edge and cloud computing“ s potřebnými datovými centry. Technologie na bázi karbidu křemíku (SiC) a odpovídající elektronické komponenty jsou považovány za záruku co nejefektivnějšího využití dostupné elektrické energie. Cílem projektu „Trusted European SiC Value Chain for a greener Economy“ (zkráceně „Transform“), financovaného z veřejných prostředků, je vybudovat odolný evropský dodavatelský řetězec těchto technologií – od výchozích materiálů a křemíkových desek (waferů) až po výkonové polovodiče SiC a kompletní výkonovou elektroniku. V konsorciu, které vede společnost Bosch, spolupracuje celkem 34 společností, univerzit a výzkumných institucí ze sedmi evropských zemí. „Projekt Transform má Evropě pomoci stát se lídrem v oblasti nových technologií na bázi karbidu křemíku,“ říká Jens Fabrowsky, člen představenstva divize Automotive Electronics společnosti Bosch. Projekt financovaný z veřejných zdrojů, který potrvá do roku 2024, se zaměřuje na celkem pět případů použití z automobilového průmyslu, průmyslu obnovitelných zdrojů energie a zemědělství.

Projekt Transform má Evropě pomoci stát se lídrem v oblasti nových technologií na bázi karbidu křemíku.

Jens Fabrowsky, člen představenstva divize Automotive Electronics společnosti Bosch

Od SiC waferu k efektivní výkonové elektronice

Srdcem mnoha elektronických systémů je výkonová elektronika. Řídí procesy přepínání energie a zajišťuje její co nejefektivnější využití. Takzvané výkonové polovodiče zajišťují, že výkonová elektronika pracuje obzvláště energeticky úsporně. Tyto čipy se tradičně vyrábějí z vysoce čistého křemíku. V budoucnu se k tomuto účelu budou stále více používat čipy z karbidu křemíku. Ty mají oproti běžným křemíkovým polovodičům řadu výhod: Mají například lepší elektrickou vodivost. Kromě toho SiC umožňuje rychlejší spínací procesy a zajišťuje výrazně menší ztráty energie ve formě tepla. Výkonovou elektroniku lze navíc používat při výrazně vyšších teplotách. Díky tomu lze omezit obvykle složité chlazení, což přímo šetří energii. Vzhledem k vyšší intenzitě elektrického pole karbidu křemíku mohou být komponenty vyráběné z tohoto materiálu menší, a přitom zaručují vyšší účinnost přeměny energie. V závislosti na oblasti použití odborníci očekávají až 30procentní úsporu energie ve srovnání s běžnými křemíkovými čipy.

Cíle „Transform“

Cílem projektu „Transform“ je vybudovat odolný evropský dodavatelský řetězec pro výrobu výkonové elektroniky založené na inovativních výkonových polovodičích SiC. Poptávka po nich silně poroste, zejména v energeticky náročných aplikacích – od pohonu elektromobilu přes nabíjecí stanice až po napájení. Společnost Yole, která se zabývá průzkumem trhu a poradenstvím, očekává, že celkový trh s SiC poroste do roku 2025 v průměru o 30 % ročně na více než 2,5 miliardy amerických dolarů. V rámci projektu se proto budou vyvíjet nové SiC technologie a postupy a metody jejich výroby. Kromě toho je třeba zajistit pro evropské dodavatele dostupnost strojů a zařízení, na kterých budou vyrábět vše od křemíkových desek až po výkonovou elektroniku.

Projekt s rozpočtem ve výši více než 89 milionů eur. je dotován Evropskou unií a národními institucemi Sdružuje klíčové hráče v hodnotovém řetězci SiC z Rakouska, Francie, Německa, Itálie, Španělska, Švédska a České republiky. Mezi partnerské společnosti patří Aixtron, Danfoss, EV Group, Premo, Saint-Gobain, Semikron, Soitec, STMicroelectronics a Valeo-Siemens Automotive. Zúčastněnými vědeckými organizacemi jsou například Vysoké učení technické v Brně, CEA Leti, Fraunhofer IISB a Univerzita v Seville.