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 высоких температур, 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 микросхем (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.