Weergaven: 222 Auteur: Loretta Publiceren Tijd: 2025-02-08 Oorsprong: Site
Inhoudsmenu
>> Eigenschappen van siliciumcarbide
>> Toepassingen van siliciumcarbide
● Factoren die de kosten van siliciumcarbide beïnvloeden
>> Productievolume en schaalvoordelen
>> Marktvraag en -toepassingen
>> Kwaliteits- en zuiverheidseisen
● Siliconen carbideprijs trends
>> Factoren die de prijstrends beïnvloeden
● Toepassingen die de vraag naar siliciumcarbide stimuleren
>> Elektrische voertuigen (EV's)
>> Hernieuwbare energiesystemen
● Siliconencarbide vergelijken met silicium
● FAQ
>> 1. Waarom is siliciumcarbide duurder dan silicium?
>> 2. Wat zijn de belangrijkste toepassingen van siliciumcarbide?
>> 3. Hoe beïnvloeden de kosten van siliciumcarbide de prijs van elektrische voertuigen?
>> 4. Wat zijn de voordelen van het gebruik van siliciumcarbide in stroomelektronica?
>> 5. Wordt de prijs van siliciumcarbide verwacht in de toekomst te dalen?
● Citaten:
Siliconencarbide (SIC) is naar voren gekomen als een cruciaal materiaal in moderne technologie, het vinden van toepassingen in verschillende sectoren zoals automotive, elektronica, ruimtevaart en hernieuwbare energie [2]. Bekend om zijn uitzonderlijke hardheid, hoge thermische geleidbaarheid en weerstand tegen hoge temperaturen en chemische corrosie, SIC biedt superieure prestaties in vergelijking met traditionele materialen zoals silicium in veel veeleisende toepassingen [5] [3]. De verbeterde eigenschappen van siliciumcarbide hebben echter een prijs. Dit artikel duikt in de kostenfactoren die verband houden met siliciumcarbide, de prijstrends en de redenen achter de kosten ervan.
Siliciumcarbide (SIC), ook bekend als carborundum, is een verbinding van silicium en koolstof met de chemische formule SIC. SiC ontdekt door Edward Goodrich Acheson in 1893, wordt niet van nature op aarde gevonden, behalve bij uiterst zeldzame gebeurtenissen bij meteorieten [5]. Het wordt synthetisch op grote schaal geproduceerd met behulp van het Acheson -proces, waarbij siliciumzand en koolstof wordt verwarmd tot hoge temperaturen in een oven van elektrische weerstand [3].
- Hoge hardheid: SIC is uitzonderlijk hard, rangorde net onder Diamond in termen van hardheid, waardoor het een uitstekend schurend materiaal is [8].
- Hoge thermische geleidbaarheid: het heeft een hoge thermische geleidbaarheid, waardoor het warmte efficiënt kan afwijzen [5].
- Hoge thermische weerstand: SIC kan bestand zijn tegen extreem hoge temperaturen, met een smeltpunt van 2.700 ° C [3].
- Chemische inertie: het is zeer resistent tegen chemische corrosie, waardoor het geschikt is voor harde omgevingen [5].
- Semiconductor-eigenschappen: SIC is een brede-bandgap halfgeleider, waardoor het kan werken bij hogere spanningen, frequenties en temperaturen dan silicium [2].
- Schuurmiddelen: vanwege zijn hardheid wordt sic veel gebruikt in slijpwielen, snijgereedschap en schuurpapier [5] [8].
- Automotive: SIC wordt gebruikt in krachtige keramische remschijven, dieseldeeltjesfilters en als olie-additief om wrijving te verminderen [5] [2].
-Elektronica: SIC wordt gebruikt in hoogkrachtige, hoogfrequente apparaten zoals MOSFET's, diodes en transistoren [3].
- Industrieel: het wordt gebruikt in smeltkroes voor het vasthouden van smeltmetaal, katalysatorsteunen en verwarmingselementen [5].
- Aerospace: SIC wordt gebruikt in structurele materialen voor toepassingen op hoge temperatuur [3].
- Hernieuwbare energie: SIC wordt gebruikt in vermogensomvormers voor zonne- en windenergiesystemen, het verbeteren van de efficiëntie en het verminderen van grootte [2].
Verschillende factoren dragen bij aan de hoge kosten van siliciumcarbide, die zich uitstrekken van grondstofprijzen tot complexe productieprocessen [1] [7]. Het begrijpen van deze factoren is cruciaal voor het beoordelen van de algehele kosten van SIC.
De primaire grondstoffen die nodig zijn voor de productie van siliciumcarbide zijn siliciummetaal en petroleum cola [7]. De kosten van deze materialen kunnen fluctueren op basis van vraag- en aanboddynamiek en de productiekosten [7] [4].
-Siliciummetaal: hoog-zuiver siliciummetaal is essentieel voor het produceren van hoogwaardige siliciumcarbide. De prijs van siliciummetaal wordt beïnvloed door mijnkosten, verfijningsprocessen en marktbeschikbaarheid [7].
- Petroleum cola: petroleum cola, een bijproduct van olieverferen, dient als de koolstofbron in SiC -synthese. De kosten worden beïnvloed door prijzen voor ruwe olie, raffinagecapaciteit en milieuvoorschriften [4] [7].
Wanneer de prijzen van siliciummetaal en petroleum cola stijgen, stijgen de totale kosten van de productie van siliciumcarbide dienovereenkomstig [4].
Het productieproces voor siliciumcarbide is complex en energie-intensief, met verschillende stappen die de kosten aanzienlijk beïnvloeden [3] [7].
- Acheson -proces: de meest voorkomende methode voor het produceren van SiC is het acheson -proces, waarbij een mengsel van siliciumzand en koolstof in een elektrische weerstandsoven bij temperaturen tot 2500 ° C wordt verwarmd, [3]. Dit proces vereist een aanzienlijk energieverbruik, wat bijdraagt aan hoge productiekosten.
- Kristalgroei: het produceren van hoogwaardige SIC-kristallen voor halfgeleidertoepassingen omvat geavanceerde technieken zoals de Lely-methode of chemische dampafzetting (CVD). Deze methoden zijn traag, vereisen precieze controle en zijn dus duur [3]. Volgens Thunder zei energie, het vormen van SIC-kristallen via het lely-proces bij 2.000 ° C verloopt met een snelheid van 100-300 μm per uur, wat aanzienlijk langzamer is dan het vormen van mono-kristallijn poly-silicium [3].
- Wafelproductie: het verwerken van SIC -kristallen in wafels voor halfgeleiderapparaten is een uitdaging vanwege de hardheid en brosheid van het materiaal. Geavanceerde snij-, slijp- en polijsttechnieken zijn vereist, wat bijdraagt aan de kosten [3].
De fijne kneepjes van deze productiestappen, gecombineerd met de noodzaak van gespecialiseerde apparatuur en expertise, dringen de kosten van siliciumcarbide op [3].
Het volume geproduceerde siliciumcarbide speelt ook een cruciale rol bij het bepalen van de kosten [7]. Schaalvoordelen kunnen leiden tot lagere kosten per eenheid naarmate het productievolume toeneemt.
- Beperkte productiecapaciteit: vergeleken met silicium is de productiecapaciteit voor siliciumcarbide relatief beperkt. Dit komt door de uitdagingen in de kristalgroei en het verwerking van wafers [1].
- Hoge kapitaalinvesteringen: het vaststellen van SiC -productiefaciliteiten vereist aanzienlijke kapitaalinvesteringen in gespecialiseerde apparatuur en infrastructuur [3]. Een grote SIC Fab die 30.000 wafels per maand produceert, kan slechts ongeveer 50 ton SIC per jaar gebruiken, met een aanzienlijke kapitaaluitgaven [3].
- Potentieel voor kostenreductie: naarmate de vraag naar SIC -groeit en productietechnologieën verbeteren, kunnen schaalvoordelen worden gerealiseerd, wat mogelijk leidt tot lagere kosten [1].
De vraag naar siliciumcarbide in verschillende toepassingen beïnvloedt zijn marktprijs [1] [4]. Hoge aanvraagtoepassingen, zoals elektrische voertuigen en hernieuwbare energie, kunnen de prijzen verhogen als gevolg van leveringsbeperkingen [2].
- Elektrische voertuigen (EV's): SIC wordt in toenemende mate gebruikt in stroomomorders en andere componenten in EV's, die verbeterde efficiëntie en prestaties bieden [2]. De groeiende vraag van de autosector naar SIC is een belangrijke motor van zijn marktprijs [1].
- Hernieuwbare energie: SIC wordt gebruikt in zonne- en windenergiesystemen om de efficiëntie van de stroomconversie te verbeteren. De uitbreiding van de sector van de hernieuwbare energie draagt bij aan de vraag naar SIC [2].
- Industriële toepassingen: het gebruik van SiC in verschillende industriële toepassingen, zoals voedingen en motorcontrole, ondersteunt de marktvraag verder [2].
De vereiste kwaliteit en zuiverheid van siliciumcarbide beïnvloeden ook de kosten [3]. SiC-kristallen voor hoge zuiverheid die nodig zijn voor halfgeleidertoepassingen bevelen een premium prijs vanwege de strikte productiecontroles en betrokken zuiveringsprocessen [7].
- Semiconductor -grade SIC: SIC die wordt gebruikt in halfgeleiderapparaten moet zeer lage onzuiverheidsniveaus hebben om optimale prestaties te garanderen. Het bereiken van dit zuiverheidsniveau vereist geavanceerde zuiveringstechnieken, wat bijdraagt aan de kosten [3].
- Materiaaldefecten: defecten in SIC -kristallen kunnen de prestaties van het apparaat negatief beïnvloeden. Het minimaliseren van defecten vereist nauwkeurige controle over kristalgroeiomstandigheden, wat een uitdaging en duur kan zijn [3].
- Wafelkwaliteit: de kwaliteit van SIC -wafels, inclusief oppervlakte -afwerking en structurele integriteit, is van cruciaal belang voor de fabricage van het apparaat. Wafels van hoge kwaliteit vereisen geavanceerde verwerkingstechnieken, verhogen de kosten [3].
De prijs van siliciumcarbide varieert afhankelijk van de vorm, kwaliteit en toepassing [1]. Inzicht in de prijstrends kan inzichten bieden in de factoren die kosten voor de kosten en potentiële toekomstige veranderingen stimuleren.
- Zwart siliciumcarbide: zwart siliciumcarbide kost meestal ongeveer $ 850 per ton [1]. Deze vorm wordt vaak gebruikt in schurende toepassingen vanwege de hoge hardheid [5].
- Siliconencarbidewafels: de prijs van siliciumcarbidewafels kan ongeveer $ 1.200 per vierkante inch zijn [1]. Deze wafels worden gebruikt in halfgeleidertoepassingen, waar een hoge zuiverheid en structurele integriteit essentieel zijn [3].
- Silicon Carbide Grit: In maart 2022 steeg de prijs van siliciumcarbide gruis, met grondstofkosten met ongeveer $ 65-80 per ton [4].
Verschillende factoren beïnvloeden de prijstrends van siliciumcarbide [1] [4]:
- Verhoogde productiecapaciteit: investeringen in nieuwe productiecapaciteit kunnen leiden tot een toename van het aanbod, waardoor mogelijk een neerwaartse druk op de prijzen uitoefent [1].
- Marktvraag: sterke vraag van belangrijke sectoren zoals automotive en hernieuwbare energie kan de prijzen hoger genereren [2].
- Grondstofkosten: schommelingen in de kosten van grondstoffen zoals siliciummetaal en petroleum cola kunnen invloed hebben op de SIC -prijzen [7].
- Technologische vooruitgang: innovaties in productieprocessen, zoals kristalgroei en wafelverwerking, kunnen mogelijk de kosten verlagen [3].
De toekomstige prijs van siliciumcarbide is onderworpen aan verschillende factoren, waaronder technologische vooruitgang, marktdynamiek en economische omstandigheden [1] [4].
- Groeiende vraag: de toenemende acceptatie van SiC in elektrische voertuigen, hernieuwbare energiesystemen en industriële toepassingen zal naar verwachting de vraag stimuleren, waardoor de prijzen mogelijk ondersteunen [2].
- Technologische innovaties: vooruitgang in SIC -productietechnologieën kunnen leiden tot verbeterde efficiëntie en lagere productiekosten [3].
- Supply chain -ontwikkelingen: investeringen in de uitbreiding van de SiC -productiecapaciteit kunnen helpen aan de groeiende vraag te voldoen en de prijzen te stabiliseren [1].
De unieke eigenschappen van Silicon Carbide maken het een aantrekkelijk materiaal voor een breed scala aan toepassingen. De vraag van deze sectoren beïnvloedt zijn marktdynamiek en kosten aanzienlijk [2].
Siliciumcarbide is een revolutie teweeggebracht in de industrie van de elektrische voertuigen door efficiëntere en hoger prestatievermogen elektronica mogelijk te maken [2].
- Power -omvormers: SIC MOSFET's en diodes worden gebruikt in stroomomvormers om DC -batterijvermogen om te zetten in AC voor de motor. SIC -apparaten bieden lagere schakelverliezen, hogere efficiëntie en betere thermische prestaties in vergelijking met siliciumapparaten [3].
- Board Chargers: SIC wordt gebruikt in ingebouwde opladers om AC -vermogen van het raster efficiënt te converteren naar DC om de batterij op te laden. De hoogfrequente schakelmogelijkheden zorgen voor kleinere en lichtere laderontwerpen [2].
-DC-DC-converters: SIC-apparaten worden gebruikt in DC-DC-converters om spanningsniveaus in het voertuig te reguleren, waardoor een efficiënte stroomverdeling wordt gewaarborgd [2].
De acceptatie van SIC in EV's resulteert in langere rijbereiken, snellere laadtijden en verbeterde algehele voertuigprestaties [2].
Siliciumcarbide speelt een cruciale rol bij het verbeteren van de efficiëntie en betrouwbaarheid van hernieuwbare energiesystemen [2].
- Solar -omvormers: SIC wordt gebruikt in zonnesters om DC -vermogen van zonnepanelen om te zetten in AC -vermogen voor rasterintegratie. De hoge efficiëntie en de werking van hoge temperatuur verminderen de energieverliezen en verbeteren de systeemprestaties [2].
-Windturbines: SiC wordt gebruikt in windturbinevermogende converters om efficiënt variabele frequentie AC-vermogen om te zetten in rooster-compatibele acvermogen. SIC -apparaten maken meer compacte en betrouwbare converterontwerpen mogelijk [2].
- Energieopslagsystemen: SIC wordt gebruikt in energieopslagsystemen om de stroomstroom tussen batterijen en het rooster efficiënt te beheren. De krachtige handlingmogelijkheden en snelle schakelsnelheden verbeteren de systeemresponsiviteit [2].
Het gebruik van SiC in hernieuwbare energiesystemen draagt bij aan hogere energierendementen, lagere bedrijfskosten en verbeterde roosterstabiliteit [2].
Siliciumcarbide wordt veel gebruikt in verschillende industriële toepassingen vanwege de robuustheid, hoge temperatuurstabiliteit en chemische inertie [5].
- Voedingsvoorraden: SIC wordt gebruikt in voedingen voor industriële apparatuur, die een hoge efficiëntie, hoge vermogensdichtheid en verbeterde betrouwbaarheid biedt [2].
- Motorbesturing: SIC wordt gebruikt in motorbesturingssystemen om de energie -efficiëntie te verbeteren en de motorische grootte te verminderen. De snelle schakelsnelheden en lage verliezen maken precieze motorregeling mogelijk [2].
-Ovens op hoge temperatuur: SIC-verwarmingselementen worden gebruikt in ovens van hoge temperatuur voor verschillende industriële processen, die uitstekende thermische stabiliteit en een lange levensduur bieden [5].
- Chemische verwerking: SIC wordt gebruikt in chemische verwerkingsapparatuur vanwege de weerstand tegen chemische corrosie en stabiliteit met hoge temperatuur [5].
Siliciumcarbide en silicium zijn de twee meest gebruikte halfgeleidermaterialen. SIC biedt echter verschillende voordelen ten opzichte van silicium in krachtige, hoge temperatuur en hoogfrequente toepassingen [2].
| Functie | silicium (SI) | Silicon Carbide (sic) |
|---|---|---|
| Bandgap -energie | 1.1 eV | 3.26 eV |
| Breakdown -veld | 0,3 mV/cm | 2,8 mV/cm |
| Thermische geleidbaarheid | 1.5 W/cm · K | 4.9 w/cm · k |
| Elektronenmobiliteit | 1400 cm²/v · s | 900 cm²/v · s |
| Max. Operationele temp. | 150 ° C | 400 ° C of hoger |
| Schakelfrequentie | Lager | Hoger |
| Toepassingen | Algemene elektronica, low-power | High-Power, hoogfrequente, EV's, |
- Hogere bandgap -energie: SIC heeft een bredere bandgap dan silicium, waardoor deze bij hogere temperaturen en spanningen kan werken [2].
- Hoger afbraakveld: SIC heeft een hoger afbraakveld, waardoor het hogere elektrische velden kan weerstaan zonder af te breken [2].
- Hogere thermische geleidbaarheid: SIC heeft een hogere thermische geleidbaarheid, waardoor het warmte efficiënter kan afwijzen [2].
- Hogere schakelfrequentie: SIC -apparaten kunnen schakelen bij hogere frequenties, het verminderen van schakelverliezen en het verbeteren van de efficiëntie [3].
Hoewel silicium goedkoper is en een hogere elektronenmobiliteit heeft, maken de superieure eigenschappen van siliciumcarbide het het voorkeursmateriaal voor veeleisende toepassingen [2].
Concluderend is siliciumcarbide inderdaad een duur materiaal vanwege een combinatie van factoren, waaronder grondstofkosten, complexe productieprocessen, beperkte productievolumes, hoge marktvraag en strenge kwaliteitsvereisten. Ondanks de hoge kosten, maakt de superieure prestaties van siliciumcarbide in krachtige, hoge temperatuur en hoogfrequente toepassingen het een waardevol materiaal in sectoren zoals automotive, hernieuwbare energie en industriële elektronica. Naarmate de technologische vooruitgang en productievolumes toenemen, kunnen de kosten van siliciumcarbide dalen, waardoor het toegankelijker is voor een breder scala aan toepassingen.
Siliciumcarbide is duurder dan silicium vanwege verschillende factoren:
- Complexe productie: de productie van SiC omvat complexe en energie-intensieve processen, zoals het Acheson-proces en de technieken voor kristalgroei, die uitdagender en duurder zijn dan siliciumproductie [3] [7].
- Grondstofzuiverheid: grondstoffen met een hoge zuiverheid zijn vereist voor de productie van SiC, verhogen de kosten [7].
- Beperkt productievolume: het productievolume van SiC is lager dan dat van silicium, wat resulteert in minder schaalvoordelen [1].
- Hoge vraag: sterke vraag van sectoren zoals elektrische voertuigen en hernieuwbare energie stimuleert de prijs [2].
Siliciumcarbide wordt gebruikt in verschillende toepassingen vanwege de unieke eigenschappen:
- Schuurmiddelen: gebruikt in slijpwielen, snijgereedschap en schuurpapier vanwege de hoge hardheid [5] [8].
- Automotive: gebruikt in hoogwaardige keramische remschijven, dieseldeeltjesfilters en stroomelektronica voor elektrische voertuigen [5] [2].
-Electronics: gebruikt in krachtige, hoogfrequente apparaten zoals MOSFET's en diodes [3].
- Industrieel: gebruikt in smeltkroes voor smeltmetaal, katalysatorsteunen en ovens op hoge temperatuur [5].
- Hernieuwbare energie: gebruikt in vermogensomvormers voor zonne- en windenergiesystemen [2].
De kosten van siliciumcarbide -componenten, zoals stroomomvormers en aan boordladen, dragen bij aan de totale prijs van elektrische voertuigen [2]. Hoewel SIC een verbeterde prestaties en efficiëntie biedt, kunnen de hogere kosten de prijs van EV's verhogen in vergelijking met het gebruik van siliconen-gebaseerde componenten [3]. Naarmate het productievolume van SiC toeneemt en de productieprocessen verbeteren, worden de kosten van SiC -componenten naar verwachting afgenomen, wat mogelijk leidt tot meer betaalbare EV's [1].
Siliconencarbide biedt verschillende voordelen ten opzichte van silicium in stroomelektronica -toepassingen:
- Hogere efficiëntie: SIC -apparaten hebben lagere schakelverliezen en een hogere efficiëntie, waardoor het energieverbruik wordt verminderd [2].
- Hogere temperatuurbewerking: SIC kan werken bij hogere temperaturen, waardoor de koelvereisten worden vereenvoudigd [2].
- Hogere spanningscapaciteit: SIC kan hogere spanningen weerstaan, waardoor het geschikt is voor krachtige toepassingen [2].
- Hogere schakelfrequentie: SIC -apparaten kunnen schakelen bij hogere frequenties, waardoor kleinere en lichtere ontwerpen mogelijk worden [3].
Deze voordelen resulteren in verbeterde prestaties, hogere vermogensdichtheid en een betere betrouwbaarheid in elektronische systemen van stroom [2].
De prijs van siliciumcarbide zal naar verwachting in de toekomst dalen vanwege verschillende factoren:
- Verhoogde productiecapaciteit: investeringen in de uitbreiding van de SiC -productiecapaciteit zullen het aanbod verhogen, waardoor de prijzen mogelijk worden verlaagd [1].
- Technologische vooruitgang: innovaties in kristalgroei, wafelverwerking en fabricage van apparaten zullen de efficiëntie verbeteren en de kosten verlagen [3].
- schaalvoordelen: naarmate de vraag naar sic groeit, zal schaalvoordelen leiden tot lagere kosten per eenheid [1].
- Concurrentie: verhoogde concurrentie tussen SIC -fabrikanten zal de prijzen verlagen [4].
Verwacht wordt dat deze factoren siliciumcarbide toegankelijker zullen maken voor een breder scala aan toepassingen [2].
[1] https://hsachn.com/blog/silicon-carbide-price-trend.html
[2] https://www.wolfspeed.com/applications/
[3] https://thundersaidenergy.com/downloads/silicon-carbide-production-costs/
[4] https://greensiliconcarbide.com/silicon-carbide-grit-price/
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/silicon_carbide
[6] https://www.edn.com/silicon-carbides-wafer-cost-conundrum-and-the-way-forward/
[7] https://www.silicon-carbides.com/blog/silicon-carbide-cost-per-kg-unje-the-factors-acturing-the-price.html
[8] https://www.preciseceramic.com/blog/what-are-the-uses-of-silicon-carbide.html
