自动化可以彻底改变行业的未来，但前提是有合适的电子设备来支持它
。更具体地说

，驱动机器人应用的半导体必须进行改进，以实现自动化的进步。宽带隙半导体可能会带来这种变化。

　　虽然硅和半导体如今几乎是同义词，但宽带隙 (WBG) 材料的潜力不容忽视。当足够多的晶圆厂意识到这些优势时
，WBG 半导体可能会成为新的行业标准，从而释放下一代自动化技术。

　　宽带隙半导体与硅

　　半导体市场的几乎所有价值都来自硅芯片。原因也很容易理解，因为材料丰富且易于使用。然而，随着自动化的进步提高了半导体的门槛，其相对较窄的带隙正成为一个更大的问题。

　　硅的带隙为 1.12 电子伏特 (eV)
。相比之下，宽带隙材料的带隙可高达 4 eV
。它们还通常具有比纯硅更高的介电强度和热导率。

　　WBG材料通常是合金，这与纯硅的行业标准又有不同。因此，这些化合物(最常见的是碳化硅 (SIC) 或氮化镓 (GaN))结合了不同元素的优点。过去，这是以更高的生产成本和复杂性为代价的，但最近的进展使它们可以大规模应用。

　　WBG 半导体如何推动自动化改进

　　改用宽带隙半导体而不是纯硅具有几个有希望的优势
，特别是对于自动化而言。以下是其中五个最令人兴奋的好处。

　　让自动化更具弹性

　　WBG 材料的弹性是其相对于纯硅最显着的优势之一
。SiC 可以承受高达 200°C 的温度，并且泄漏最小

。因此，使用它的电子设备适用于更广泛的操作环境。

　　在大多数消费应用中，导热性并不是一个重要问题，但它在工业自动化中产生了相当大的差异
。如果为工业机器人提供动力的半导体能够承受更高的温度，工厂就可以实现最极端的工作流程的自动化
。反过来
，自动化可以通过让员工摆脱最危险的工作来提高效率和工人安全。

　　同样

，宽带隙半导体可以比纯硅处理更高的电压。这可能会为采矿或建筑等重工业应用带来更强大的机器人。当前的机器人很难填补这些角色
，但宽带隙材料提供了第一个必要的步骤。

　　降低成本

　　宽带隙半导体还可以降低自动化成本
。虽然这些材料的初始价格可能较高，但从长远来看，由于其更高的效率，它们更具成本效益。

　　这些节省大部分源于宽带隙材料的最小开关损耗。由于它们可以在更高的频率下运行且损耗更少
，因此它们所供电的设备消耗的能量更少
。因此，企业使用机器人系统的支出比平时更少，从而更快地获得投资回报
。

　　WBG 半导体还可以降低机器人的单位价格。这是因为它们可以提供相同的性能，同时占用更少的 PCB 空间。它们需要较少的冷却基础设施，因此使用它们的机器人不需要那么多的材料和组件。因此，机器人技术变得更加容易获得。

　　减少自动化的碳足迹

　　出于许多相同的原因
，宽带隙半导体在环境上更具可持续性。开关损耗更少意味着这些芯片可以提供与硅替代品相同或更好的结果，同时能源浪费更少。反过来
，它们的最终用途使用更少的电力

，从而减少与能源相关的碳排放。

　　机器人已经有利于可持续发展
，因为它们比手动过程产生的废物更少
。然而
，它们的能源消耗可能令人担忧，特别是考虑到可再生能源尚未广泛应用于工业应用。使用宽带隙材料的更高效组件可以解决这个问题
。

　　随着 WBG 芯片使机器人更具可持续性，使用它们的企业可以提高效率，而不必担心增加碳足迹。随着气候变化的恶化，消费者和 B2B 客户都变得更加环保，因此这些好处不容忽视。

　　最大限度地减少错误

　　更高的准确性是部署自动化的另一个常见原因。宽带隙半导体通过减少电气错误和类似故障的可能性来支持这一目标

。设备故障是制造业停机的主要原因之一，因此这些改进可以节省大量成本。

　　SiC 和 GaN 半导体的故障较少，尤其是在恶劣条件下，因为它们更具弹性。除了使他们的设备更加通用之外，这种可靠性还意味着他们将提供适量的电力或以更一致的准确性处理信息。因此，机器出错的可能性就会降低。

　　当自主机器故障减少时，它们周围就会更安全

，从而导致协作机器人的采用率增加。使用该设备的企业还可以通过最大限度地减少材料浪费来节省成本
，从而获得更高的利润和更快的投资回报率

。这一切都始于一种新的半导体。

　　启用更小的机器人

　　值得注意的是，宽带隙半导体可以实现更小的外形尺寸。更高的导热率意味着这些组件不需要笨重的冷却系统。它们还可以在更小的空间内管理相同的电压而不会过载，从而进一步缩小其尺寸
。

　　反过来，更小的 PCB 让先进的机器人能够在以前无法到达的领域工作
。微型机器人可以穿过管道来查找和解决管道问题、检查农场的土壤、进行手术等等


。没有了历史上的尺寸限制，可能性要大得多。

　　自动化也不必发生在小规模上
，更小的外形尺寸才有用。工程师还可以利用宽带隙半导体，使标准工业机器人变得更加紧凑。当这些机器占用的空间更少时，更多的工厂可以安全地实施它们

，从而导致自动化采用率不断上升。

　　宽带隙半导体是自动化的未来

　　宽带隙半导体日益变得可行。随着越来越多的机器人公司发挥其潜力，他们可以以前所未有的速度推动该领域向前发展
。

　　WBG 材料并不是解决自动化行业所有障碍的灵丹妙药
。然而，如果应用得当
，它们可以解决许多紧迫的挑战并开辟新的实施机会。下一代机器人技术的第一步是了解宽带隙材料以及它们如何优于纯硅。

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