In der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbereich arbeiten elektronische Geräte häufig bei hohen Temperaturen, wie beispielsweise Flugzeugtriebwerke, Automotoren, Raumfahrzeuge auf sonnennahen Missionen und Hochtemperaturgeräte in Satelliten. Da herkömmliche Si- oder GaAs-Bauelemente bei sehr hohen Temperaturen nicht funktionieren, müssen diese Bauelemente in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen platziert werden. Dafür gibt es zwei Methoden: Entweder werden die Bauelemente außerhalb der Hochtemperaturumgebung platziert und anschließend über Leitungen und Stecker mit dem zu steuernden Gerät verbunden; oder sie werden in einer Kühlbox platziert und anschließend einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt. Beide Methoden erfordern natürlich zusätzliche Geräte, erhöhen die Systemqualität, reduzieren den verfügbaren Platz und verringern die Systemzuverlässigkeit. Diese Probleme können durch den direkten Einsatz von Bauelementen, die bei hohen Temperaturen arbeiten, vermieden werden. SIC-Bauelemente können direkt bei 3M – cail Y ohne Kühlung bei hohen Temperaturen betrieben werden.
SiC-Elektronik und -Sensoren können in und auf der Oberfläche heißer Flugzeugtriebwerke installiert werden und funktionieren auch unter diesen extremen Betriebsbedingungen. Dies reduziert die Gesamtsystemmasse erheblich und verbessert die Zuverlässigkeit. Das SIC-basierte verteilte Steuerungssystem kann 90 % der Leitungen und Anschlüsse herkömmlicher elektronischer Schildsteuerungssysteme einsparen. Dies ist wichtig, da Leitungs- und Anschlussprobleme zu den häufigsten Problemen bei Ausfallzeiten in heutigen Verkehrsflugzeugen gehören.
Nach Einschätzung der USAF wird der Einsatz moderner SiC-Elektronik in der F-16 die Masse des Flugzeugs um Hunderte Kilogramm reduzieren, Leistung und Treibstoffeffizienz verbessern, die Betriebszuverlässigkeit erhöhen und Wartungskosten sowie Ausfallzeiten deutlich reduzieren. Ebenso könnten SiC-Elektronik und -Sensoren die Leistung von Verkehrsflugzeugen verbessern und so zusätzliche wirtschaftliche Gewinne in Millionenhöhe pro Flugzeug erzielen.
Ebenso ermöglicht der Einsatz von SiC-Hochtemperatursensoren und -Elektronik in Fahrzeugmotoren eine bessere Überwachung und Steuerung der Verbrennung, was zu einer saubereren und effizienteren Verbrennung führt. Darüber hinaus arbeitet die SiC-Motorelektronik deutlich über 125 °C, was die Anzahl der Leitungen und Anschlüsse im Motorraum reduziert und die langfristige Zuverlässigkeit des Fahrzeugsteuerungssystems verbessert.
Heutige kommerzielle Satelliten benötigen Radiatoren zur Ableitung der von der Raumfahrzeugelektronik erzeugten Wärme und Abschirmungen zum Schutz der Raumfahrzeugelektronik vor Weltraumstrahlung. Der Einsatz von SiC-Elektronik in Raumfahrzeugen kann die Anzahl der Leitungen und Anschlüsse sowie die Größe und Qualität der Strahlungsabschirmungen reduzieren, da SiC-Elektronik nicht nur bei hohen Temperaturen arbeitet, sondern auch eine hohe Amplitudenstrahlungsbeständigkeit aufweist. Bemessen sich die Kosten für den Start eines Satelliten in die Erdumlaufbahn an der Masse, könnte die Massenreduzierung durch SiC-Elektronik die Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit der Satellitenindustrie verbessern.
Raumfahrzeuge mit hochtemperaturbeständigen SiC-Bauelementen könnten für anspruchsvollere Missionen im Sonnensystem eingesetzt werden. Bei zukünftigen Missionen rund um die Sonne und die Planetenoberfläche des Sonnensystems werden SiC-Elektronikbauelemente mit ihrer hervorragenden Hochtemperatur- und Strahlungsbeständigkeit eine Schlüsselrolle spielen. Der Einsatz von SiC-Elektronikbauelementen kann den Schutz von Raumfahrzeugen und die Wärmeableitungsausrüstung reduzieren, sodass in jedem Raumfahrzeug mehr wissenschaftliche Instrumente installiert werden können.
Veröffentlichungszeit: 23. August 2022