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提高电源效率--金刚石热沉片在新能源车的应用

时间:2024-07-30浏览次数:585

金刚石也是良好的散热材料。Driche 补充道,由于需要耗散的损耗更少、散热能力更强,并且能够在高温下工作,用金刚石制成的有源器件制成的转换器可以比基于 Si 的解决方案轻 5 倍、体积更小,比基于SiC 的解决方案轻 3 倍、体积更小。


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在设计设备和转换器时,必须在系统的能效和成本、尺寸和重量之间找到平衡。如果重点是降低设备成本,那么设计出比 SiC 芯片便宜 30% 的金刚石芯片是可能的,因为在具有相同的电气性能和效率的情况下,金刚石芯片消耗的金刚石面积比同等的 SiC 芯片少 50 倍,但热管理效果更好。


如果注重的是效率,与 SiC 相比,金刚石可以将能量损失减少三倍,且芯片体积可缩小 4 倍,从而直接节省能耗。如果重点关注系统体积和重量,通过增加开关频率,与基于SiC 的转换器相比,金刚石器件可以将无源元件的体积减少四倍。 这种体积减小与更小的散热器允许的体积减小相得益彰。


电动汽车是 Diamfab 的重点领域,该公司最近为电动汽车申请了全金刚石电容器专利。全金刚石电容器的想法源自一家工业电容器制造商,他们表示正在寻找一种无源元件解决方案来保护基于 SiC 和 GaN 的有源元件,如二极管和晶体管,因为这些有源器件承受的电压峰值高于它们所能承受的电压(>1,500 V)。


“金刚石的最大优势之一是它能够在高温下工作。因此,全金刚石电容器可以放置在更靠近其他元件的位置——这是传统电容器无法做到的——而且我们可以用金刚石电容器降低寄生电感,”在这里,金刚石被用作绝缘体和导体。


Diamfab 表示,预计十年内所有电动汽车中都会出现钻石,就像其总部位于格勒诺布尔的邻居 Soitec 推动绝缘体上硅在每部智能手机中的应用一样。


随着社会电气化程度的提高,金刚石的前景十分光明,但要使该技术实现工业化,仍必须克服许多障碍。合成技术的进步使得生产具有可预测特性和稳定性能的工程合成钻石成为可能。第一批合成钻石是在 20 世纪 50 年代使用高压高温生产的。20 世纪 80 年代,使用化学气相沉积 (CVD) 生产了晶片级钻石。


近年来,CVD 合成技术取得的技术进步大大加速了该技术的发展,钻石时代从未如此接近。最近展示的 4 英寸大晶圆,以及许多研发中心和现在的工业合作伙伴对开发二极管、晶体管和电容器的兴趣日益浓厚,都证明了这一点。


将晶圆直径从 0.5 英寸扩大到 4 英寸可以使 Diamfab 获得汽车市场所需的竞争力。至于其他障碍,这家初创公司认为减少位错可以提高组件制造产量。Diamfab 还在探索多种途径来实现垂直组件架构,以提高电流密度。


Diamfab 承认,该公司正在与潜在投资者进行谈判,以实现其技术和商业目标。Chicot 表示,该公司正在进行首轮种子融资,金额为 300 万欧元(约合 330 万美元),用于安装试验生产线,这将使该公司能够开发可重复的产品,以便加工并投入批量生产。


当被问及 Diamfab 预计何时投入量产时,这位首席执行官表示:“如今,我们能够为公共和私人研究实验室生产高附加值的金刚石晶片。在收购我们的机器和试验基地后,我们将能够通过增加产量和营业额来继续生产。我们的目标是在未来五到七年内增加产量,主要是为了满足电动汽车市场的需求。”


提高电动汽车的能源效率意味着降低能源消耗,但这不应以牺牲能源密集型和污染严重的制造工艺为代价。生产金刚石晶片的“二氧化碳排放量比生产碳化硅晶片少 20 倍”。


碳化硅需要极高的温度,高达 2,700 摄氏度,需要持续数天,而用于合成金刚石晶片的 CVD 技术的温度要低 3 倍,考虑到金刚石材料对表面积的要求较低,并且与电动汽车相关,用于功率元件的半导体材料的二氧化碳排放量可以比金刚石低 1,000 倍。


化合积电是国内专注于金刚石半导体材料产业化的领先企业,深耕金刚石半导体研发和生产多年,并实现了金刚石量产,目前已有单晶和多晶金刚石规模化生产线,拥有金刚石热沉片、金刚石晶圆衬底、金刚石窗口片、金刚石异质集成复合衬底等成熟产品,为客户提供全面的金刚石热管理解决方案。


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