ونظرا لأن القدرات الالكترونية تتجه إلى بيئات أكثر تطرفا - من الحفر العميق إلى مضيق طاقة المركبات الكهربائية - فإن الطلب على شبه الموصلات التي يمكن أن تصمد درجات حرارة عالية دون تدهور الأداء لم يكن أكبر من أي وقت مضى، فالأجهزة التي تستخدم السيليكون، وآلات العمل في الأجهزة الالكترونية الحديثة، تقترب من حدودها المادية عند حوالي ١٥٠ درجة مئوية.

ما هي "سيليكون كاربيد" (سايرسر)؟

إن ثديك هو جهاز نصف موصل من أربعة عجلات (p-n-p-n) يعمل كمفتاح مركب، ويقوم عندما يُشغل ويبقى مُسدّساً إلى أن يهبط هذا الوضع إلى ما دون عتبة، وقد كان راكب السيل التقليديون من الطراز الرئيسي في التحكم في الطاقة منذ عقود، ويستخدم في كل شيء من محركات السيارات إلى أجهزة تنظيم الطاقة، غير أن نطاق حرارة التشغيل الحالي هو 150.

وعادة ما يُستبدل ثروات السيليكون السائلة ببلورة سي سي سي سي سي سي، التي تحتوي على حزمة من 3.6 كيلو متراً تقريباً، و هذا الضمادات الأوسع نطاقاً يقلل بشكل جذري من توليد الناقلات المتأصلة في درجات حرارة عالية، مما يتيح للجهاز الحفاظ على تيارات التسرب المنخفضة وخصائص مقاومة ثابتة تصل إلى 300 درجة مئوية أو أكثر.

والهيكل الأساسي لمجلة سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي، هو هيكل مماثل لنظيرها السيليكوني، ولكن الاختلافات المادية تؤدي إلى أداء أعلى في كل متر تقريبا: ارتفاع درجة حرارة التشغيل، والتبديل السريع، وانخفاض الخسائر في السلوك، وزيادة الازدحامض ضد الأحداث المفرطة في الازون.

Properties that Enable High-Temperature Operation

ويعود الأداء الاستثنائي لأدوية سي سي سي سي سي سي سيس في البيئات الساخنة مباشرة إلى الخصائص المادية المتأصلة لبلورة كاربيد السيليكون، ويوضح فهم هذه الممتلكات سبب تثبيط عناصر سي سي سي سي سي سي سي سي سي سيليكون في الطلبات.

وادي باندغ

كما ذكر، فصيلة (سي سي) حوالي ثلاث مرات من السليكون هذا يعني أن الطاقة الحرارية مطلوبة بدرجة كبيرة لطرد الإلكترونيات من نطاق الورم إلى فرقة التهريب، في درجات الحرارة المرتفعة، تركيز الناقلات المتأصلة (الكهرباء والثقوب) لا يزال يُعدّ الأوامر ذات الحجم الأدنى من جهاز (سي سي سي سي سي سي سي سي سي سيكون)

ارتفاع معدل السلوك الحراري

(سي سي سي سي) لديه القدرة الحرارية على التمشيط في حوالي 3.7 كيلو متر في درجة حرارة الغرفة، أعلى بكثير من درجة حرارة السيليكون 1.5 دبليوك/سمكي، وهذه الملكية تسمح بإجراء حرارة داخل الجهاز بطريقة أكثر كفاءة إلى درجة الحرارة أو الطرد، وفي تطبيقات التحويل العالية السرعة، تقل درجة الحرارة القصوى للمقاومة الحرارية إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة معينة، وتحسين الموثوقية، وتمكين الأجزاء الحالية من الحصول على درجة حرارة أعلى.

حقل كهربائي حرج

حقل الكهرباء الحرج لسي سي سي سي سي سي هو 2.5 ميل في كل متر تقريباً عشرة أضعاف ما هو عليه في السيليكون (0.3 ميل في كل متر) وهذا يمكّن مصممي الأغراق من استخدام طبقات أنحف لمستوى حراري معين من الدرجة الفولطية

تركيز الناقلات ذات المواصفات المنخفضة

At 300°C, the intrinsic carrier concentration in SiC is about 109 cm]−3, compared to 1013[NFLT:5] cm−3

أهم مزايا شركة سي سي سي سي تيرسترز في بيئات عالية التخصص

وبناء على الممتلكات المادية، يقدم أصحاب الدراجات التابعون لشركة سي سي سي سي سي سي سي سي إيسترا فوائد عملية ملموسة تجعلهم لا غنى عنهم في ظروف حرارية قصوى، وتتوسع النقاط التالية في القائمة الأصلية بعمق تقني وفي سياق العالم الحقيقي.

درجة الحرارة العالية

وفي حين أن حرارة السيليكون التقليدية عادة ما تكون لها درجة حرارة قصوى تبلغ 125 درجة مئوية - 150 درجة مئوية، فإن حركية سي سي سي سي سي سي سي سي سي تُقيَّم بشكل روتيني لتعمل عند 200 درجة مئوية، مع ظهور أجهزة تجريبية عند 350 درجة مئوية وما بعدها، مما يقلل أو يلغي الحاجة إلى نظم التبريد النشطة، أو ثغرات التبريد السائل، أو التحلل الحراري الحادي.

تعزيز الكفاءة وانخفاض الخسائر

ويمكن أن تهيمن على عمليتي فقدان الغدة الدرقية: خسائر في الأرواح )نتاج الفولط والحال( وتغيير الخسائر )الطاقة المتطاولة أثناء فترة الانطلاق والتحول(، كما أن حركتي السيكتين قد انخفضتا بدرجة كبيرة في حجمها بسبب طبقة رقيقة من الانجراف وارتفاع معدل الانفاق على السلوك)٥(.

وتترجم مكاسب الكفاءة هذه إلى حرارة أقل من النفايات، مما يزيد من تخفيف العبء الحراري على النظام، بل إن تحسين الكفاءة بنسبة 1 في المائة يمكن أن يوفر كيلوغرامات من الطاقة ويقلل من احتياجات التبريد بشكل تناسبي.

مرتفع و ذو متناولٍ حاليّ في جهازٍ واحد

كما أن محركات السي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سيك التي تقطع كميات من 10 كيلو فولتات إلى 20 كيلو فولت متاحة تجارياً، وقد وصلت أجهزة البحث إلى 25 كيلو فولت، كما أن القدرة على منع ارتفاع حجم البطاقات التي تُستخدم في نظام سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي في نظام متغير بدرجة عالية.

السرعة

إن ارتفاع حركة الناقلات في سي سي سي سي سي سي سي سي (خصوصا للكهرباء) وتقلل عمر حاملات الأقلية (بسبب الضمادات الواسعة النطاق للمواد وهدرها) قد مكّن راكبي السي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي من التحول إلى أزرار أقل من ذرّات السيليكون، وقد تراوحت فترات الانتقال بين 0.5 و2 ميكروغرام، مقارنة بأجهزة الارتيرة متماثلة.

مدة الخدمة وطولها في ظروف هرش

الجمود الميكانيكي و عدم القدرة الكيميائية يجعلها مقاومة للتآكل و التلف الإشعاعي والصدمة الحرارية

طلبات شركة سي سي سي تيرسترز في بيئات عالية الطبع

وفي حين أن ثري سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سيك أكثر تكلفة من نظيره في السيليكون، فإن مزايا أدائه تبرر التبني في عدة قطاعات رئيسية، فيما يليها النظر بالتفصيل في ثلاثة مجالات تطبيق تكون فيها العملية ذات درجة عالية من الحرارة عاملا رئيسيا.

كهرباء المركبات الكهربائية وشركة الشحنات على متن سفينة

مركبات كهربائية حديثة تتطلب أجهزة كهربائية قادرة على التعامل مع ارتفاع حجمها (400 V و 800 V platforms) وتعمل في بيئات تقل فيها مستويات الحرارة، وتزيد استخدام هذه المركبات في اللافترات، ومحولات البلدان النامية، ونظم إدارة البطاريات، وقدرتها على العمل في درجات حرارة متحركة تبلغ 175 درجة مئوية - 200 درجة مئوية، مما يتيح لها أن تكون أقرب إلى المحركات أو البطارية دون خصم.

الفضاء الجوي والدفاع: الإلكترونيات المتحركة

محركات الطائرات ووحدات الطاقة الإضافية تعمل في درجات حرارة شديدة، غالبا ما تتجاوز 200 درجة مئوية بالقرب من قلب المحرك، وتحتاج أجهزة الاتصال التقليدية إلى نظم تبريد متطورة تزيد من الوزن والتعقيد، ويمكن أن تُركب أجهزة تحويل الطاقة الكهربائية ذات القدرة العالية، على النقيض من ذلك، مباشرة على محركات المحركات، المحركات، نظم الإشعال، أجهزة الاستشعار التي لا تعمل على التبريد.

لوازم الطاقة الصناعية وقود موتوري

وفي الصناعات الثقيلة مثل التعدين، وصنع الصلب، والتجهيز الكيميائي، كثيرا ما تقع الدوافع المتحركة، ولوازم الطاقة في بيئات ساخنة وغبارية، وتتيح هذه النظم العمل ببنى أساسية مخفضة للتبريد، وتخفيض تكاليف التركيب والصيانة، فمثلا يمكن لمعدات التدفئة ذات الحرارة العالية أن تستخدم راكبي السيك في التحكم في توليد الطاقة عند عشرات الكيلورتز، وتحسين التوحيد الحادي والحد من نفايات الطاقة)٦(.

التحديات والنظر في التبني

وعلى الرغم من مزاياها الكثيرة، فإن غزالي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي ليس بديلا عن كل تطبيق ذي درجة عالية من الحرارة، ويجب أن يقيَّن عدد من العوامل التقنية والاقتصادية.

أعلى تكلفة جهاز التدليس

أما شركة سي سي سي سي إيفرز فهي أكثر تكلفة لإنتاج ورافعات السيليكون، وعملية التصنيع (بما في ذلك ارتفاع درجة الحرارة، وما إلى ذلك، ورسم الخرائط الليثوغرافية) أقل نضجا، وقد يكلف ثلاجة سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سيك أكثر من ثدي سيليكون من درجة مماثلة من التقدير الحالي، غير أن وفورات في التكاليف على مستوى المنظومة من انخفاض درجة التبريد وزيادة الكفاءة، كما يمكن أن تعوض عن زيادة عدد المكونات زيادة مطردة في عدد مرات الإنتاج في العديد من الطلبات.

التعبئة والترابط

وغالباً ما تكون درجة الحرارة القصوى لتشغيل تجمع الغدة الدرقية في سي سي سي سي سي سي سي سي سي محدودة ليس بالموت نفسه، بل بمواد التغليف، والمفاصل القياسية، والسندات السلكية، والملابس التي ترتفع إلى أعلى من 200 درجة مئوية.

بوابة الديار والحماية

ويحتاج متعهدو شركة سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي إلى دوائر قادرة على إيصال تيارات الذروة العالية (الأمبيرات المتعددة) مع فترات الارتفاع السريع، كما أن انخفاض عمر حاملي أقلية في سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي يعني أن مكسب البوابة قد يكون أقل من المتحقق في أجهزة السليكون، مما يتطلبه من أجهزة كهربائية أكثر تطورا.

التوقعات المستقبلية والاستمرارية

وقد تسارعت وتيرة تنمية الغدة الدرقية في سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي على مدى العقد الماضي، بسبب الطلب الصناعي والتمويل الحكومي على السواء لكفاءة الطاقة، إذ يعمل الباحثون في مؤسسات مثل Cree (والآن Wolfspeed) ) وجامعة أركانساس على استخدام الدروع التي تحجب البروتات التي تزيد على 20 كيلوفولت ودرجات التشغيل بعد 350 درجة مئوية.

وثمة اتجاه واعد آخر يتمثل في تطوير راكبي العصيان فوق السور سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي، الذي يمكن أن يقلل من المقاومة على مستوى الولايات حتى عن طريق إدماج الركائز العمودية العمودية، فإدماج راكبي السي سي سي سي سي سي سي سي سيك مع دوائر المراقبة القائمة على السيليكون (استخدام التكامل المتجانس) يمكن أن يجمع بين أفضل المواد.

ومع استمرار التوسع في الطاقة المتجددة والنقل الكهربائي، فإن الحاجة إلى موصلات قوية ذات درجة عالية من الحرارة لن تزيد إلا، حيث أن ثلاجات سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي سي أصبحوا لبنة بناء موحدة في الكترونيات للطاقة في العشرينات وما بعدها.

خاتمة

وتمثل ثديات السيليكون كاربيد تقدما كبيرا في تكنولوجيا القوى شبه الموصلية، ولا سيما بالنسبة للتطبيقات التي يجب أن تعمل بشكل موثوق في بيئات عالية الحرارة، حيث أن نطاقها الواسع، وسرعة السلوك الحراري العالية، ودرجة قوة الطاقة الكهربائية العليا، يمكن الأجهزة التي تتسامح مع درجات الحرارة فوق 200 درجة مئوية، وتتحول بسرعة لا يمكن أن تُحتمل بواسطة السيليكون، وتعالج الفولطية التي تتجاوز 10 كيلوفولت في ظل انخفاض في التكاليف وفي التكاليف.