Společnost Electrumlab na Královském technickém institutu v Kista zahájila výrobní linku zaměřenou na výkonové polovodiče. Vzhledem k plánované elektrifikaci celého světa se očekává výrazný nárůst poptávky po těchto technologiích.
Dnes je téměř nemožné se obejít bez zařízení, která mění napětí, jako jsou měniče (invertry), jež přeměňují stejnosměrné napětí na střídavé a naopak, a také regulují úrovně napětí. Tato zařízení se nacházejí v domácí elektronice, nabíječkách baterií, elektrických automobilech a jejich nabíječkách, solárních elektrárnách, větrných elektrárnách a souvisejících bateriových systémech, železničních lokomotivách, jako pohonné jednotky pro stroje v průmyslu, nebo jako ovladače pro čerpadla a ventily v různých typech elektráren. V budoucnu se očekává jejich použití i jako pohonné jednotky pro elektromagnety a čerpadla ve fúzních reaktorech. V energetických sítích jsou tyto měniče využívány pro změnu napětí a obrácení stejnosměrného a střídavého proudu pro export elektrické energie prostřednictvím podmořských kabelů.
Když je elektricky poháněný nákladní automobil nabíjen několika megawatty, je nezbytné, aby existovaly polovodiče schopné řídit tok energie. Pro výrobu těchto komponent je zapotřebí nových výrobních linek, které pomohou Evropě zbavit se závislosti na Asii. Evropská unie si to uvědomila, a projekt Chips Joint Undertaking vedl k vybudování čtyř výrobních linek v Evropě, s celkovým rozpočtem 1,67 miliardy eur.
O projektu hovoří profesor elektroniky pevných látek, Mikael Östling, který nahrazuje projekt na Electrumlabu v Kista, spolu s technickým vedoucím profesorem Per-Erikem Hellström: „Naše výrobní linka je první svého druhu ve Švédsku, která dokáže dodávat komponenty v megawattové třídě, vyráběné z karbidu křemíku na destičkách o průměru 150 mm. Práce postupuje rychle a KTH bude první, kdo dodá své komponenty na celém pilotním úseku. Plánujeme dokončit procesní technologii do konce jara a doufáme, že v pololetí příštího roku poskytneme komponenty pro otevřený testovací trh akademickému sektoru, institutům a průmyslu.
Výrobní linka
Výrobní linka KTH nese název „WBG Pilot Line pro kraftelektroniku“ (Wide Bandgap semiconductors) a rozpočet EU na spolupráci s Finskem, Polskem, Rakouskem, Itálií, Francií a Německem činí přibližně 2 miliardy korun, přičemž Švédsko obdrží zhruba 150 milionů. Švédsko je v této oblasti velmi pokročilé a výrobní linky existují na KTH, Lundské univerzitě, Chalmersově univerzitě a Linköpingské univerzitě, sdružených v organizaci Myfab.
Pro KTH je klíčovým materiálem karbid křemíku, nicméně v jiných laboratořích se zkoumá také další, ještě extrémnější materiály, jako jsou hliníkový nitrid, oxid galliatý a diamant.
Široký zakázkový rozsah
Široký zakázkový rozsah (wide bandgap) v zásadě znamená, že tranzistory dokážou zvládat velmi vysoké teploty, proudy, napětí a frekvence, přičemž zvládají až 300 stupňů, několik stovek ampér a napětí od 3 do 15 kilovoltů s přepínacími frekvencemi až 10 kilohertz. Všechny tyto vlastnosti jsou důležité pro udržení účinnosti v aplikacích v megawattech a minimalizaci tepelné ztráty.
Vysoká účinnost tranzistorů SiC je dána možností navrhovat tranzistory s velmi dlouhým vodičovým odporem, přičemž i nadále zvládají vysoké napětí. To je způsobeno vlastnostmi materiálů se širokým zakázkovým rozsahem. Tento materiál má navíc vynikající tepelnou vodivost, což umožňuje levnější chlazení a stavbu kompaktnějších, efektivnějších konverzních zařízení.
Budoucnost
Jen málo lidí ví, že Švédsko je vysoce ceněnou zemí v oblasti výroby polovodičů, což by se však mohlo brzy změnit. Švédsko je známé jako země s vyspělým elektroenergetickým systémem. Švédská firma Kisab se rychle vypracovává na vysoce kvalitní křemíkové destičky v silné konkurenci s Čínou. Electrumlab se podílí na tomto pokroku a poskytuje vysoce kvalitní komponenty pro velmi vysoké výkony.
Na závěr: Když se celý svět začne elektrifikovat, je důležité myslet na to, že měniče napětí s novými, vysoce efektivními polovodiči s vysokou účinností jsou velmi ekologické a přispívají k ochraně klimatu.
Další informace o technologii
Více se můžete dozvědět o krafthalvdičích na KTH:
Fakta o Electrumlab
- Čistý prostor o rozloze 1300 m2
- Cca 200 aktivních uživatelů, cca 10 různých firem
- Kvalitativní certifikace podle ISO 9001 a 14001
- Modernizovaný aparát s nejnovějšími procesními zařízeními
- Financováno převážně TKH, výzkumnými projekty a Radou pro vědu a také prostřednictvím poplatků od průmyslových uživatelů
Fakta o pilotní lince
- Typ tranzistorů: Spínací tranzistory v megawattové třídě
- Napětí mezi 5 kV a 15 kV
- Právě konvertují části procesního zařízení na průměr 150 mm
