بشكل عام، تعد مركبات WBG عناصر مهمة في صناعة اشباه الموصلات وهي مهمة لتقنيات وأنظمة طاقة ترتكز على الكفاءة والاستدامة كميزة تنافسية، ولذلك هي ضرورية للعديد من المنتجات التي نعتمد عليها اليوم، ولها دورا أكبر في المستقبل وخاصة في مجال صناعة تقنيات الطاقة المتجددة.
كربيد السيليكون (SiC) وزرنيخيد الغاليوم (GaAs) اشهر مركبات عائلة WBG، وهي مهمة لصناعة أشباه موصلات حيث تسمح بفجوة النطاق الأوسع (BandGap) والتي تسمح للنظام بالعمل عند الفولتية ودرجات الحرارة العالية دون أن تنهار، ونتيجة لذلك، يمكن استخدامأشباه موصلات WBG لصنع أجهزة طاقة أكثر كفاءة، حيث تتمتع أجهزة أشباه الموصلات WBG بعامل كفاءة يبلغ 90% أو أعلى. وهذا أعلى بكثير من عامل الكفاءة لأجهزة أشباه الموصلات السيليكونية، والذي يبلغ عادةً حوالي 80%، وهذا ينعكس على تقليل استهلاك الطاقة،وانخفاض توليد الحرارة.
شكل١:مقارنة مركبات WBG مثل SiC و GaAs مع مواد السليكون
على سبيل المثال، تتمتع أجهزة الطاقة المستخدمة لشرائح WBG والمطبقة في السيارات الكهربائية بعامل كفاءة يبلغ حوالي 95%. وهذا يعني أن 95% من الطاقة الكهربائية المستخدمة لتشغيل السيارة يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية تدفع السيارة للأمام. أما الـ 5% المتبقية من الطاقة فتفقد على شكل حرارة،
تتمتع أجهزة الطاقة بشرائح WBG والمستخدمة في الألواح الشمسية بعامل كفاءة يبلغ حوالي 97٪، اما المطبقة في توربينات الرياح يبلغ عامل الكفاءة حوالي 98٪.
عندنا تحتاج منتج بكفاء تحويل طاقة عالية، وسرعة تحويل مرتفعة وبتردادات عالية، وكثافة طاقة اعلى مما يساهم في تقليل حجم الجهاز وبوزن اخف فستكون اشباه موصلات المصنعة من مركبات WBG هي الحل، فالخلايا الشمسية مع WBG انتاجيتها تقارب ضعف العادية، بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تعمل الخلايا الشمسية المستخدمة مركبات WBG في درجات حرارة أعلى من الخلايا الشمسية السيليكونية التقليدية. وهذا مهم لأن كفاءة الخلايا الشمسية تنخفض مع زيادة درجة الحرارة.
تعتبر تكلفة تصنيع رقائق أشباه الموصلات WBG عالية وبالمتوسط تصل إلى عشرة إضعاف الرقائق المصنوعة من اشباه موصلات لسليكون التقليدية، حيث تُصنع أشباه موصلات WBG من مواد أغلى من السيليكون. على سبيل المثال، نيتريد الغاليوم (GaN) هو الأعلى سعرًا، بالإضافة الى تكلفة عملية التصنيع الأكثر تعقيدًا.
اهم التقنيات المستفيدة من اشباه موصلات WBG هي السيارات الكهربائية وهي ميزة تنافسية خصوصًا في عملية الشحن والتحكم العالي بالمحرك الكهربائي من ناحية التحكم في سرعة وعزم دوران المحركات الكهربائية، وكذلك صناعة محول التيار Inverter من تيار DC الىتيار AC وهي مكونات مهمة في الاداء العالي لتوربينات الرياح، وتستخدم شرائح مركبات WBG في أنظمة UPS لتوفير الطاقة الاحتياطية في حالة انقطاع التيار الكهربائي حيث تزيد من اعتمادية وقوة استجابة النظام.
الصين هي أيضا المنتج الرائد في العالم للغاليوم، حيث تمثل ما يقرب من 80٪ من الإنتاج العالمي، وتعد الصين أكبر منتج في العالم لكربيدالسيليكون (SiC) وزرنيخيد الغاليوم (GaAs). ولديها أكثر من 60% من احتياطيات العالم من رمل السيليكا والفحم الكوك، والمواد الخام الرئيسية لـ SiC، وأكثر من 30% من احتياطيات العالم من الغاليوم والزرنيخ، وهي المواد الخام الرئيسية لـ GaAs، ولذلك تعتبر الصين لاعب كبير في صناعة مركبات WBG لامتلاكها التكنولوجيا واليد العاملة الرخيصة، بالإضافة لاحتياطاتها العالية من المواد الأساسية لهذه الصناعة.
