Piikarbidiin (SiC) perustuvat tehopuolijohteet ovat pitkään olleet sähköautojen premium-luokan etuoikeus. Nyt tilanne on muuttumassa. Uusimmat komponenttisukupolvet, kuten Robert Bosch GmbH kolmannen sukupolven SiC MOSFETit, on suunniteltu nimenomaan tuomaan sama suorituskyky myös edullisempiin ajoneuvoluokkiin.
Keskeinen muutos ei ole yksittäinen läpimurto, vaan usean optimoinnin yhdistelmä. Boschin uudet komponentit pienentävät johtohäviöitä noin 20 prosenttia ja kytkentähäviöitä noin 10 prosenttia. Samalla sirun paksuutta on vähennetty 40 prosenttia, mikä parantaa lämmönhallintaa, joka on yksi sähköautojen inverttereiden keskeisistä rajoitteista.
Käytännössä tämä tarkoittaa tehokkaampia ja kompaktimpia inverttereitä. Parempi hyötysuhde näkyy suoraan ajoneuvon toimintasäteessä, mutta vielä tärkeämpää on vaikutus koko järjestelmän kustannuksiin. Kun tehoelektroniikka toimii tehokkaammin, sama suorituskyky voidaan saavuttaa pienemmällä akulla – ja akku on edelleen sähköauton kallein komponentti.
SiC-teknologian haaste on tähän asti ollut hinta. Piikarbidiin perustuvat transistorit ovat olleet selvästi perinteisiä piipohjaisia IGBT-ratkaisuja kalliimpia. Tilanne muuttuu, kun sirukoot pienenevät ja valmistus siirtyy suuremmille 200 millimetrin kiekoille. Tämä kasvattaa tuotantomääriä ja laskee yksikkökustannuksia.
Boschin ratkaisu perustuu edelleen niin sanottuun trench-arkkitehtuuriin, mutta sitä on kehitetty useilla rakenteellisilla muutoksilla. Uusi suojausrakenne parantaa porttieristeen luotettavuutta, kaksivyöhykkeinen JFET-alue optimoi kompromissia resistanssin ja oikosulkukestävyyden välillä, ja koko rakenne on viritetty kestämään paremmin sähköisiä ja termisiä rasituksia. Autokäytössä komponenttien on toimittava luotettavasti jopa 200 celsiusasteen lämpötiloissa.
Kehityksen suunta on selvä myös markkinassa. Samankaltaista SiC-teknologian asteittaista optimointia vievät eteenpäin myös valmistajat kuten Infineon, STMicroelectronics ja Wolfspeed. Kilpailu kohdistuu yhä enemmän siihen, kuka pystyy tuomaan parhaat suorituskyky–kustannus-suhteet suurivolyymiseen tuotantoon.
Täysi siirtymä ei tapahdu hetkessä. SiC tulee ensin laajemmin käyttöön 800 voltin sähköjärjestelmissä ja keskiluokan autoissa, kun taas edullisimmissa malleissa perinteiset ratkaisut säilyvät vielä jonkin aikaa.
