高温環境におけるSiCデバイスの応用

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、太陽に近いミッションの宇宙船、衛星の高温機器など、電子機器は高温で動作することがよくあります。通常のSiまたはGaAsデバイスは、非常に高温では動作しないため、低温環境に配置する必要があります。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遠ざけ、リードとコネクタを介して制御対象のデバイスに接続することです。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、高温環境に置くことです。明らかに、これらの方法はどちらも追加の機器を追加し、システムの品質を向上させ、システムに使用できるスペースを減らし、システムの信頼性を低下させます。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、高温で冷却せずに3M-cail Yで直接動作させることができます。

SiCエレクトロニクスとセンサーは、高温の航空機エンジンの内部および表面に設置でき、過酷な動作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ていたリード線とコネクタの90%を削減できます。これは重要な点です。なぜなら、リード線とコネクタの問題は、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だからです。

米空軍の評価によると、F-16に先進的なSiCエレクトロニクスを採用することで、機体の質量が数百キログラム軽減され、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ます。同様に、SiCエレクトロニクスとセンサーは民間ジェット旅客機の性能向上にもつながり、1機あたり数百万ドルの追加的な経済利益が報告されています。

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採用することで、燃焼監視・制御の精度が向上し、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℃を超える高温でも十分に動作するため、エンジンルーム内の配線やコネクタの数を削減し、車両制御システムの長期的な信頼性を向上させます。

今日の商用衛星には、宇宙船の電子機器から発生する熱を放散するためのラジエーターと、宇宙放射線から宇宙船の電子機器を保護するためのシールドが必要です。宇宙船にSiCエレクトロニクスを採用することで、リード線やコネクタの数を削減できるだけでなく、放射線シールドのサイズと品質も向上します。これは、SiCエレクトロニクスが高温でも動作できるだけでなく、優れた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エレクトロニクスによる質量削減は、衛星産業の経済性と競争力を向上させる可能性があります。

高温耐放射線性SiCデバイスを搭載した宇宙船は、太陽系周辺におけるより困難なミッションの遂行に活用される可能性があります。将来、太陽や太陽系内の惑星表面でのミッションを遂行する際には、優れた耐高温性と耐放射線性を備えたSiC電子デバイスが、太陽付近で活動する宇宙船にとって重要な役割を果たすでしょう。SiC電子デバイスの使用により、宇宙船の防護や放熱装置の負担を軽減できるため、各宇宙船に搭載できる科学機器の数は増加します。