В аэрокосмической и автомобильной технике электроника часто работает при высоких температурах, например, в авиационных двигателях, автомобильных двигателях, космических аппаратах, работающих вблизи Солнца, и высокотемпературном оборудовании спутников. Используются обычные кремниевые (Si) или арсенид галлия (GaAs) устройства, поскольку они не работают при очень высоких температурах, поэтому их необходимо размещать в низкотемпературной среде. Существует два метода: первый — разместить устройства вдали от источников высокой температуры, а затем с помощью проводов и разъемов подключить их к управляемому устройству; второй — поместить устройства в охлаждающий бокс, а затем поместить их в высокотемпературную среду. Очевидно, что оба метода добавляют дополнительное оборудование, повышают качество системы, уменьшают доступное для системы пространство и снижают ее надежность. Эти проблемы можно устранить, напрямую используя устройства, работающие при высоких температурах. Устройства на основе кремниевых интегральных схем (SIC) могут работать непосредственно при высоких температурах без охлаждения.
Электронные компоненты и датчики на основе карбида кремния (SiC) могут быть установлены внутри и на поверхности горячих авиационных двигателей и продолжать функционировать в этих экстремальных условиях эксплуатации, что значительно снижает общую массу системы и повышает надежность. Распределенная система управления на основе SiC позволяет исключить 90% проводов и разъемов, используемых в традиционных системах управления электронным экраном. Это важно, поскольку проблемы с проводами и разъемами являются одними из наиболее распространенных проблем, возникающих во время простоев в современных коммерческих самолетах.
Согласно оценке ВВС США, использование передовой электроники на основе карбида кремния (SiC) в истребителе F-16 позволит снизить массу самолета на сотни килограммов, улучшить летно-технические характеристики и топливную экономичность, повысить эксплуатационную надежность и значительно сократить затраты на техническое обслуживание и время простоя. Аналогичным образом, электроника и датчики на основе SiC могут улучшить характеристики коммерческих пассажирских самолетов, что, по сообщениям, принесет дополнительную экономическую выгоду в миллионы долларов с каждого самолета.
Аналогичным образом, использование высокотемпературных электронных датчиков и электроники на основе карбида кремния (SiC) в автомобильных двигателях позволит улучшить мониторинг и контроль процесса сгорания, что приведет к более чистому и эффективному сгоранию. Кроме того, электронная система управления двигателем на основе SiC хорошо работает при температурах выше 125 °C, что уменьшает количество проводов и разъемов в моторном отсеке и повышает долговременную надежность системы управления автомобилем.
Современные коммерческие спутники требуют использования радиаторов для рассеивания тепла, выделяемого электроникой космического аппарата, и экранов для защиты электроники от космического излучения. Использование электроники на основе карбида кремния (SiC) в космических аппаратах позволяет уменьшить количество выводов и разъемов, а также размер и качество радиационных экранов, поскольку электроника на основе SiC не только работает при высоких температурах, но и обладает высокой устойчивостью к амплитудному излучению. Если стоимость запуска спутника на околоземную орбиту измеряется массой, то снижение массы за счет использования электроники на основе SiC может повысить экономичность и конкурентоспособность спутниковой индустрии.
Космические аппараты, использующие высокотемпературные радиационно-стойкие устройства на основе карбида кремния (SiC), могут быть применены для выполнения более сложных миссий в районе Солнечной системы. В будущем, когда люди будут совершать миссии вокруг Солнца и на поверхности планет Солнечной системы, электронные устройства на основе SiC с превосходными характеристиками устойчивости к высоким температурам и радиации будут играть ключевую роль в космических аппаратах, работающих вблизи Солнца. Использование электронных устройств на основе SiC позволит снизить требования к защите космического аппарата и теплоотводящему оборудованию, что позволит установить больше научных приборов на каждом аппарате.
Дата публикации: 23 августа 2022 г.