航空宇宙および自動車機器では、航空機エンジン、自動車エンジン、太陽近傍ミッションの宇宙船、衛星内の高温機器など、電子機器は高温で動作することがよくあります。通常、Si または GaAs デバイスが使用されますが、これらは非常に高い温度では動作しないため、これらのデバイスを低温環境に置く必要があります。これには 2 つの方法があります。1 つは、これらのデバイスを高温から離れた場所に配置し、リード線とコネクタを介して制御対象デバイスに接続する方法です。もう 1 つは、これらのデバイスを冷却ボックスに入れてから高温環境に置く方法です。明らかに、これらの方法はいずれも追加の機器が必要となり、システムの品質が向上し、システムに使用できるスペースが減少し、システムの信頼性が低下します。これらの問題は、高温で動作するデバイスを直接使用することで解消できます。SIC デバイスは、冷却なしで高温で直接動作させることができます。
SiC（炭化ケイ素）製の電子機器やセンサーは、高温になる航空機エンジン内部や表面に取り付けても、こうした過酷な運転条件下でも機能するため、システム全体の質量を大幅に削減し、信頼性を向上させることができます。SICベースの分散制御システムは、従来の電子シールド制御システムで使用されるリード線やコネクタの90%を削減できます。これは、リード線やコネクタの不具合が、今日の民間航空機のダウンタイム中に最も頻繁に発生する問題の一つであるため、非常に重要な点です。
米空軍の評価によると、F-16戦闘機に先進的なSiC電子機器を採用することで、機体重量が数百キログラム削減され、性能と燃費が向上し、運用信頼性が高まり、メンテナンスコストとダウンタイムが大幅に削減されるという。同様に、SiC電子機器とセンサーは民間ジェット旅客機の性能向上にも貢献し、1機あたり数百万ドルの追加経済効果が見込まれると報告されている。
同様に、自動車エンジンにSiC高温電子センサーと電子機器を使用することで、燃焼監視と制御が向上し、よりクリーンで効率的な燃焼が実現します。さらに、SiCエンジン電子制御システムは125℃以上でも正常に動作するため、エンジンルーム内の配線やコネクタの数を減らし、車両制御システムの長期的な信頼性を向上させることができます。
今日の商用衛星は、搭載電子機器から発生する熱を放散するための放熱器と、宇宙放射線から電子機器を保護するための遮蔽板を必要とします。SiC電子機器を衛星に採用することで、リード線やコネクタの数を削減できるだけでなく、放射線遮蔽板のサイズと品質も向上させることができます。これは、SiC電子機器が高温環境下でも動作し、かつ強力な振幅放射線耐性を備えているためです。衛星を地球軌道に打ち上げるコストを質量で測るとすれば、SiC電子機器を用いた質量削減は、衛星産業の経済性と競争力の向上に貢献するでしょう。
高温・放射線耐性に優れたSiCデバイスを使用した宇宙船は、太陽系周辺でのより困難なミッションに活用できる可能性がある。将来、人々が太陽や太陽系内の惑星表面周辺でミッションを行う際、優れた高温・放射線耐性特性を持つSiC電子デバイスは、太陽近傍で活動する宇宙船にとって重要な役割を果たすだろう。SiC電子デバイスを使用することで、宇宙船の保護や放熱装置を軽減できるため、各宇宙船に搭載できる科学機器の数を増やすことができる。
投稿日時：2022年8月23日