Absolut ingen hajp: SiC-baserade MOSFET-enheter är en realitet

Vi lever i en värld där saker hajpas och ständigt pockar på vår uppmärksamhet. Alla slags produkter och tjänster, inklusive filmer, TV-program och appar, marknadsförs skamlöst och oupphörligt, ofta innan de ens har blivit tillgängliga på marknaden. Det som för bara några år sedan var en ganska avgränsad PR- och kommunikationsmaskin har svällt till en uppsjö av kommunikationskanaler: sociala medier, virala publiceringar, produktplacering… ja, du fattar.

Till och med elektronikindustrin, som tidigare var ganska sparsmakad gällande marknadsföring och hajp, har hoppat på tåget. Betvivlar du det, behöver du bara tänka på CES (tidigare ”Consumer Electronics Show”) dit fler än 100 000 personer och hundratals företag kommer för att se och synas och för att generera en del av det fluffiga snacket.

”Hajpning” har blivit så vanligt att marknadskonsultfirman Gartner varje år publicerar en hajpkurva för ny teknik, baserat på en standardmall (figur 1). Varje år uppdaterar de kurvan genom att lägga till och flytta rubriker (figur 2). Självklart finns det olika uppfattningar om vilken teknik som bör finnas med i kurvan och var tekniken bör placeras.

Figur 1: Den generella mallen för hajpkurvan kan användas för att illustrera var teknologiska framsteg verkar befinna sig i sin livscykel, från konceptutveckling till acceptans och utbredd användning. (Bildkälla: Wikipedia)

Figur 2: Gartners hajpkurva för ny teknik 2018 ger överblick, men bör också ge oss anledning att stanna upp för att kalibrera våra löften och förväntningar gentemot verkligheten. (Bildkälla: Gartner)

Trots att konsumentelektronik numera kan förknippas med viss hajp, så har kritiska stödsegment till stor del undvikit det. Till exempel är det årliga eventet Applied Power Electronics Conference (APEC) välbesökt och bevakat i medierna, men tvärtemot CES är APEC antitesen till hajpad. Leverantörerna visar upp sina nya produkter och vad som snart kan lanseras, men de löften och påståenden som avges under produktpresentationerna är extremt mycket försiktigare än de som förekommer under CES-mässan. Ironiskt nog är det ofta de framsteg som presenteras på APEC-mässan som ligger till grund för vad som senare presenteras på CES-mässan.

Den blygsammare arten av framstegen inom strömförsörjning beror kanske på att de som sysslar med effektkomponenter och kraftsystem är rätt oglamorösa. Personer inom den kraftrelaterade sektorn är i allmänhet ganska försiktiga och konservativa (i designhänseende), och de undviker helst att satsa allt på en viss ny teknik förrän denna har blivit väl beprövad. De vet också att en bra strömförsörjning, trots dess avsaknaden av strålglans, är grunden för en solid produkt och att brister i strömförsörjningen normalt sett inte kan korrigeras genom att ladda ned en uppgradering i efterhand.

Ta till exempel den kiselkarbidbaserade (SiC) MOSFET-tekniken, som man forskar i sedan många år. Forskningsarbetet skedde inte parallellt med överhajpade antaganden eller påståenden om att tekniken skulle ha revolutionerande hög kapacitet jämfört med kiselbaserade MOSFET-enheter. I stället fanns det en försiktig optimism, kombinerat med uttalanden som ”men vi har fortfarande mycket arbete framför oss”. Och numera har SiC-baserade MOSFET-enheter befäst sin position på marknaden. Leverantörerna har fortlöpande tillfört nya förbättringar, vilket har lett till att tekniken blivit mycket vanlig i kraftomvandlingssystem.

Hur stor är marknaden för de här enheterna och hur snabbt växer den? Svaret beror på vem du frågar. Enligt en prognos från MarketWatch² kommer den globala marknaden för SiC-baserade kraftkomponenter att öka med en genomsnittlig årlig tillväxttakt (CAGR, compound annual growth rate) på 35,73 % under perioden 2018–2023. (Wow! En femårsprognos med fyra signifikanta siffror – det är nästan lite skrattretande och gör dessutom uppskattningen mindre trovärdig, men det är min personliga åsikt.) Enligt en annan prognos från Yole Developpement³ är/var marknadsstorleken 461 miljoner dollar för 2019 och CAGR-värdet ”endast” 31 %. Enligt en tredje prognos är marknaden värd 6,04 miljarder dollar 2025, med ett CAGR-värde på 15,7 %.

En sak är klar, oavsett vilka siffror man tror på (och det finns många fler prognoser än de jag nämner): SiC-baserade enheter finns redan i många system och tillämpningar, från elfordon till motordrivning till alternativa energisystem. Det beror till stor del på att moderna SiC-baserade MOSFET-enheter är mogna komponenter av den andra eller till och med tredje generationen.

Sedan Cree introducerade sina första kommersiellt tillgängliga kiselbaserade MOSFET-enheter 2011 har ytterligare två generationer utvecklats. För företagets tredjegenerationsenheter, exempelvis Cree C3M0075120K (tabell 1), har de främsta specifikationerna förbättrats med mellan 20 % och 100 %, beroende på parameter, vilket är en avsevärd förbättring.

Tabell 1: De främsta specifikationerna för Cree C3M0075120K, den tredje generationen av produkten, avslöjar bara en del av historien om denna SiC-baserade MOSFET-enhets framsteg. (Bildkälla: Cree)

Lika viktigt är att leverantörer, applikationsingenjörer och utvecklare har lärt sig mer om enhetens egenskaper och beteenden. För att vara ärlig: MOSFET:ar har mer än sin beskärda del av subtila vanskligheter när det gäller drivningskrav, av- och påslagningsegenskaper, termiska egenskaper och lasttopologier. Det kan verka lite bakvänt, men för dessa trepoliga enheter finns ett utomordentligt stort antal databladsdiagram som beskriver de olika statiska och dynamiska beteendena vid nominell och extrem temperatur. Det välkända SOA-diagrammet (safe operating area, säkert driftområde) är ett av många exempel.

Lyckligtvis omgavs SiC-baserade FET-enheter aldrig av den hajp som förknippas med många andra teknologier – det skulle ha varit väldigt ovanligt för den här typen av produkt. Som jämförelse kan man ta den period, för bara några år sedan, då 3D-TV såldes in som ”nästa stora grej”. Var det ett verkligt behov hos användarna, eller leverantörernas önskan om att sälja fler nya TV-apparater som var drivkraften? (Du vet svaret!)

Och om vi tar artificiell intelligens (AI), 5G, autonoma fordon och kvantdatorer? De finns definitivt med på hajpkurvan, trots att glansen har fått sig en törn för några av dem. Exempelvis verkar det dröja ganska länge innan självkörande bilar är det normala, tvärtemot vad hajpen antydde. Inte så överraskande. Entusiastiska journalister skrev övertygande om att de förarlösa fordonen skulle minska antalet olyckor med si och så många procent. Man kan undra vad de baserade sina uppgifter på.

Det är bra att kraftsystemsegmentet av vår bransch inte – hittills – har gått samma väg, utan i stället fokuserat på substans och regelbunden, sanningsenlig information. Det känns bra, tycker jag. Jag vill inte att mina kraftkomponenter ska vara i ”hetluften”. Hellre får de avge hetluft själva. Men helst så lite som möjligt. När jag kollade Gartners hajpkurva för de senaste tio åren fanns SiC-komponenterna inte med på en enda kurva. Alldeles utmärkt. Den banbrytande utvecklingen för switchande kraftkomponenter verkar ha pågått i det fördolda.

Referenser:

1 – 5 Trends Emerge in the Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies

(https://www.gartner.com/smarterwithgartner/5-trends-emerge-in-gartner-hype-cycle-for-emerging-technologies-2018/)

2 –Global Silicon Carbide (SiC) Power Devices Market 2019-2023 | Industry Analysis of Semiconductor & Electronics sector by Region, Growth expected to reach at CAGR of 35.73%

(https://www.marketwatch.com/press-release/global-silicon-carbide-sic-power-devices-market-2019-2023industry-analysis-of-semiconductor-electronics-sector-by-region-growth-expected-to-reach-at-cagr-of-3573-2019-08-30)

3 –GaN and SiC power device: market overview (dr Milan Rosina)

(http://www1.semi.org/eu/sites/semi.org/files/events/presentations/02_Milan%20Rosina_Yole.pdf)