Поделиться
В России создали отечественный прототип полевого транзистора из материала, альтернативного чистому кремнию
В Санкт-Петербургском университете «ЛЭТИ» создали прототип полевого транзистора на основе карбида кремния. В мире уже применяют эту альтернативу кремнию, который почти исчерпал свои воздушности развития в сторону легкости, компактности, быстродействия и способности работать в экстремальных условиях.
Переход на новую ЭКБ
В Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» разработали отечественный прототип полевого транзистора на основе карбида кремния (SiC) на 1,7 кВ, выяснили «Известия».
«До недавнего времени потребности России в карбидокремниевых транзисторах практически полностью закрывались за счет продукции иностранных производителей. Поэтому наша разработка — важный этап на пути обеспечения технологического суверенитета нашей страны в сфере современных ключевых электронных компонентов», — сказал проректор по научной и инновационной деятельности ЛЭТИ Александр Семенов.
На основе этой технологии могут быть созданы новые компьютеры, планшеты, беспилотники, медоборудование, мобильные телефоны и прочее, рассказали изданию ученые.
Разработка ведется в рамках программы развития «Приоритет 2030» по переходу на новую электронную компонентную базу (ЭКБ).
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» основан в 1886 г., первое в Европе высшее учебное заведение в области электротехники.
Замена кремнию
Электроника на компонентной базе из кремния уже близка к пределу своих возможностей по легкости, компактности, быстродействию и возможности работать в экстремальных условиях, например в космосе, при высоких перегрузках или радиации, пояснили ученые. Карбид кремния же может работать при высоких токах, напряжениях и повышенных температурах.
При соответствующей коммутации прототипов SiC-транзисторов и при обеспечении эффективных теплоотвода и высоковольтной защиты целевые изделия способны работать до напряжений более 15 кВ на более высоких в отличие от кремниевых аналогов частотах, как показали эксперименты.
Электроника на основе SiC относится к ключевым развивающимся технологиям для следующего поколения полупроводников, по словам директора Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Евгения Александрова. SiC предлагает 10-кратное увеличение максимального электрического напряжения, двукратную скорость переключения, трехкратную теплопроводность.
Устройства на их основе, отметил Александров, идеальны для систем 5G интернета, так как работают на более высоких частотах. Транзисторы на SiC характеризуются чрезвычайно низкими потерями мощности при переключениях, работают быстрее и надежнее кремния и имеют меньший размер кристалла для эквивалентного напряжения пробоя, сказал эксперт.
Их способность работать при температурах значительно превышающих 200 °C позволяет снизить требования к охлаждению и увеличить срок службы изделия.
Что дает применение карбида кремния
«Образцы на основе карбида кремния уже успешно применяются практически во всех типах современной высоковольтной электроники, начиная от бытовой техники и электротранспорта и заканчивая системами связи и космической техникой», — сказал Семенов.
После того как Tesla в 2017 г. внедрила SiC в производимые компанией инверторы, электромобили стали основным драйвером роста этой технологии (более 60% спроса), уточнил Александров. Размеры зарядных блоков телефонов, ноутбуков и планшетов удалось уменьшить благодаря SiC.
Наибольшие темпы роста, по его мнению, ожидаются областях электроэнергетики железной дороги, городского электротранспорта, приводов двигателей и фотоэлектрических систем. Однако уже сейчас
В России планируется массовое применение
В российской промышленности технология пока не внедрена, заметил начальник научно-исследовательской лаборатории «Элементная база силовой электроники на основе нитрида галлия» НИУ МИЭТ, эксперт центра компетенций НТИ «Сенсорика» Константин Царик. Широкое применение карбида кремния требует не только наличия воспроизводимых технологий его синтеза, но и разработки новых тополого-технологических решений.
В марте 2024 г. CNews писал, что ГК «Элемент» планирует инвестировать около 20 млрд руб. и запустить на своем заводе «Микрон» производство силовых компонентов — транзисторов и диодов из кремния и карбида кремния. К 2030 г. планировалось выйти на проектную мощность - 100 тыс. пластин на кремнии и 40 тыс. пластин на карбиде кремния и обеспечить до 60% спроса в России.
В январе 2025 г. стало известно, что НПО «Энергомодуль» выпустило не уступающие импортным аналогам первые образцы силовых модулей на кристаллах карбида кремния, разработанных в ГК «Элемент». Серийное производство карбид-кремниевых транзисторов должно начаться на горизонте двух лет. Ожидается, что к 2030 г. будет выпущено до 100 тыс. модулей на карбиде кремния.
Короткая ссылка
