Der Halbleiter Siliziumkarbid ist derzeit in aller Munde. SiC-Halbleiter versprechen mehr Power für elektrische Antriebe. Warum SiC die Elektromobilität vorantreiben kann, haben wir kompakt erklärt.
Halbleiter aus Siliziumkarbid in der Bosch Waferfab in Reutlingen
Bosch
Siliziumkarbid (SiC)-Halbleiter sollen Elektrofahrzeuge effizienter machen. Im Vergleich zu den bislang eingesetzten Siliziumchips haben SiC-Halbleiter eine bessere elektrische Leitfähigkeit. Das ermöglicht höhere Schaltfrequenzen und sorgt dafür, dass deutlich weniger Energie in Form von Wärme verloren geht.
Als Mikrochips sind Halbleiter in nahezu allen elektrischen Systemen eingebaut. Heute fährt kein Auto mehr ohne sie, mehr als 50 von ihnen stecken in jedem Fahrzeug. Halbleiter aus Siliziumkarbid sollen bei Schaltgeschwindigkeit, Wärmeverlusten und Baugröße neue Maßstäbe setzen. Um Siliziumkarbid herzustellen, werden zusätzlich Kohlenstoffatome in die Gitternetzstruktur des Siliziums eingebaut.
Vorteile für Elektro- und Hybridfahrzeuge
Diese chemische Verbindung bringt für Elektro- und Hybridfahrzeuge viele Vorteile: In der Leistungselektronik sorgen sie laut Bosch dafür, dass 50 Prozent weniger Energie in Form von Wärme verloren geht. Umso effizienter könne die Leistungselektronik arbeiten und umso mehr Energie stehe für den Antrieb und damit der Reichweite zur Verfügung. Mit einer Batterieladung können Autofahrer so sechs Prozent weiter fahren, wie Bosch angibt.
Siliziumkarbid-Halbleiter sollen aber noch weitere Einsparpotenziale bringen: Durch die deutlich geringeren Wärmeverluste der Chips und weil sie zudem bei deutlich höheren Betriebstemperaturen arbeiten, ließe sich laut Bosch die aufwendige Kühlung der Antriebskomponenten reduzieren. Das wirke sich wiederum positiv auf Gewicht und Kosten von Elektrofahrzeugen aus. Einen weiteren Vorteil nennt Springer-Autor Andreas Lindemann: Leistungselektronische Antriebs-Steuergeräte können durch den Einsatz von SiC-Leistungshalbleitern gegenüber einer herkömmlichen Ausführung mit Silizium-Leistungshalbleitern deutlich verkleinert werden, wie der Autor im Kapitel Leistungselektronik aus dem Buch Elektrifizierung des Antriebsstrangs berichtet.
Bosch und ZF setzen auf SiC
Derzeit arbeiten verschiedene Unternehmen und Einrichtungen an SiC-Halbleitern. So wird Bosch in seinem Werk in Reutlingen künftig neue Halbleiter aus SiC produzieren. Die ersten Mitarbeiter sollen im Frühjahr 2020 dort ihre Tätigkeit aufnehmen. Auch Fraunhofer-Forscher arbeiten gemeinsam mit Partnern im Projekt "SiC Modul" daran, den Leistungshalbleiter auf den Weg zur industriellen Fertigung zu bringen. Ebenso planen ZF und Cree die Entwicklung von Siliziumkarbid-Halbleitern.