In het meedogenloze streven naar hogere efficiëntie, hogere frequentie en werking bij hogere temperaturen in vermogenselektronica naderen traditionele materialen op basis van silicium- hun fysieke grenzen. Siliciumcarbide, een opvallend halfgeleidermateriaal van de derde{2}}generatie, loopt voorop bij het potentieel vervangen van silicium, dankzij zijn unieke eigenschappen met grote bandafstand. Met een bandafstand die drie keer groter is dan die van silicium, een elektrisch doorslagveld dat tien keer sterker is en de thermische geleidbaarheid meer dan drie keer hoger, kunnen op SiC-gebaseerde voedingsapparaten hogere spanningen weerstaan, sneller schakelen, een lagere -weerstand vertonen en warmte veel effectiever afvoeren. Van tractie-omvormers in elektrische voertuigen tot stroomvoorzieningen in 5G-basisstations: SiC evolueert van een ‘laboratoriumster’ naar een ‘industrieel werkpaard’. Het potentieel ervan is al gevalideerd in massaproductie-modellen zoals de Tesla Model 3.
Echter, voorSiCOm echt het ‘ultieme materiaal’ te worden, blijven er nog twee belangrijke uitdagingen over. Ten eerste is het vervaardigen van SiC-substraten en epitaxiale wafels uitzonderlijk moeilijk. De kristalgroei vereist extreem hoge temperaturen en lage snelheden, terwijl het beheersen van defecten een groot obstakel blijft, waardoor SiC-wafels veel duurder zijn dan siliciumwafels. Ten tweede zijn daaropvolgende verwerkingsstappen zoals in blokjes snijden, malen en etsen een uitdaging vanwege de extreme hardheid en chemische inertheid van SiC, waardoor gespecialiseerde apparatuur en processen nodig zijn die de opbrengst beïnvloeden. Deze factoren drijven direct de kosten van SiC-apparaten op. Bijgevolg domineert traditioneel silicium in veel kosten-toepassingen (zoals stroomvoorzieningen voor consumenten of huishoudelijke apparaten) nog steeds. Voorlopig concentreert de adoptie van SiC zich grotendeels in hoogwaardige, 'prestatie-over-kosten'-toepassingen.
Wat de toekomst betreft, hangt het lot van SiC af van de volwassenheid en het tempo van de innovatie binnen de industriële keten. Enerzijds zullen de substraatkosten naar verwachting de komende vijf jaar aanzienlijk dalen naarmate de productielijnen voor wafers van 6- en 8- inch worden opgeschaald en de groeiprocessen worden geoptimaliseerd. Aan de andere kant versnellen toonaangevende bedrijven, gedreven door enorme markten als elektrische voertuigen, fotovoltaïsche energieopslag en industriële energievoorzieningen, de verticale integratie en technologische iteratie. Het is te voorzien dat zodra de kosten van SiC onder een kritische drempel vallen, het de standaardkeuze zal worden in scenario's met hoge- spanning en hoge- frequentie, in plaats van slechts een alternatief. Maar om de grenzen van ultrahoge spanning (bijvoorbeeld boven 10 kV) of ultrahoge frequentie uit te dagen, kunnen andere materialen zoals galliumnitride (GaN) of zelfs diamant concurreren of deze aanvullen. Hoewel SiC misschien niet het definitieve antwoord is, is het misschien wel de meest solide opstap naar de volgende generatie vermogenselektronica-architecturen.
