Perkembangan teknologi energi hijau semakin menuntut perangkat elektronik yang mampu bekerja lebih efisien, tahan pada suhu ekstrem, serta mendukung konversi daya dengan kehilangan energi minimal. Dalam konteks ini, semikonduktor wide-bandgap (WBG) seperti Silicon Carbide (SiC) dan Gallium Nitride (GaN) hadir sebagai solusi revolusioner. Berbeda dengan silikon konvensional, SiC dan GaN memiliki bandgap lebih besar (sekitar 3,3 eV untuk SiC dan 3,4 eV untuk GaN), yang memungkinkan pengoperasian pada tegangan dan frekuensi lebih tinggi serta resistansi lebih rendah. Karakteristik ini menjadikan keduanya sebagai fondasi baru dalam mendukung transisi menuju energi bersih yang lebih efisien dan berkelanjutan (Millán et al., 2014; Xing et al., 2021).
Keunggulan SiC terletak pada kemampuannya mengurangi kerugian konduksi dan meningkatkan ketahanan terhadap suhu tinggi, sehingga banyak digunakan pada inverter kendaraan listrik. Sebagai contoh, Tesla Model 3 menggunakan MOSFET berbasis SiC untuk meningkatkan efisiensi inverter hingga lebih dari 97%, sekaligus memperpanjang jarak tempuh baterai. Sementara itu, GaN menawarkan mobilitas elektron tinggi yang membuatnya unggul dalam aplikasi konverter berfrekuensi tinggi, seperti pengisian cepat (fast charging) dan sistem manajemen daya pada perangkat elektronik modern (Chow, 2020; She et al., 2017).
Penerapan WBG tidak terbatas pada kendaraan listrik. Dalam sistem energi terbarukan seperti pembangkit listrik tenaga surya dan angin, penggunaan perangkat berbasis SiC dan GaN mampu meningkatkan efisiensi konversi energi hingga 99%. Hal ini berarti lebih sedikit energi yang hilang dalam proses konversi, sekaligus mengurangi kebutuhan sistem pendinginan dan menekan biaya operasional jangka panjang. Dengan kata lain, teknologi ini mendukung tidak hanya transisi ke energi hijau, tetapi juga menciptakan infrastruktur energi yang lebih ringan, ringkas, dan tahan lama (Ruffino et al., 2022).
Namun, di balik potensinya yang besar, tantangan teknis dan ekonomi masih harus diatasi. Biaya produksi wafer SiC dan GaN masih lebih tinggi dibanding silikon, yakni sekitar 2–5 kali lipat. Selain itu, kompleksitas dalam proses manufaktur, manajemen termal, dan integrasi sistem menuntut riset lanjutan serta dukungan industri untuk mempercepat adopsi massal. Kendati demikian, jika mempertimbangkan efisiensi energi, penghematan biaya pendinginan, serta peningkatan umur pakai sistem, investasi pada teknologi WBG tetap menjanjikan keuntungan jangka panjang (Zeng et al., 2021).
Masa depan energi hijau sangat bergantung pada material semikonduktor generasi baru ini. Studi terbaru menunjukkan bahwa selain SiC dan GaN, material lain seperti diamond-based electronics juga sedang diteliti untuk aplikasi ekstrem yang membutuhkan efisiensi lebih tinggi. Namun, dalam jangka menengah, SiC dan GaN diprediksi tetap menjadi pilar utama revolusi energi hijau global. Dengan keunggulan performa dan dukungan riset yang semakin berkembang, WBG dapat dianggap sebagai “motor baru” yang tidak hanya menggerakkan kendaraan listrik, tetapi juga keseluruhan sistem energi masa depan menuju era yang lebih bersih dan berkelanjutan (Bakowski et al., 2020; Ruffino et al., 2022).
Referensi
- Millán, J., Godignon, P., Perpiñà, X., Pérez-Tomás, A., & Rebollo, J. (2014). A Survey of Wide Bandgap Power Semiconductor Devices. IEEE Transactions on Power Electronics, 29(5), 2155–2163. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2268900
- She, X., Huang, A. Q., & Lucía, Ó. (2017). Review of Wide Bandgap Semiconductor Technology and Its Applications. CPSS Transactions on Power Electronics and Applications, 2(3), 168–183. https://doi.org/10.24295/CPSSTPEA.2017.00018
- Chow, T. P. (2020). Wide Bandgap Semiconductor Power Devices for Energy Efficient Systems. Energies, 13(23), 6262. https://doi.org/10.3390/en13236262
- Xing, J., Li, Z., Tang, Y., et al. (2021). Progress of SiC and GaN Power Devices for High-Efficiency Power Electronics. Journal of Semiconductors, 42(1), 011001. https://doi.org/10.1088/1674-4926/42/1/011001
- Ruffino, F., Grimaldi, M. G., & Bongiorno, C. (2022). Wide Bandgap Semiconductors for Power Electronics: Materials, Devices, and Applications. Materials Science in Semiconductor Processing, 140, 106377. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.106377
- Zeng, J., Zhang, Y., & Cheng, L. (2021). Reliability Challenges of Wide-Bandgap Power Semiconductors: Status and Perspectives. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 9(2), 1683–1698. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2020.3017274
- Bakowski, M., Domeij, B., & Bergman, P. (2020). SiC and GaN Devices—Technology, Applications and Future Trends. Semiconductors and Semimetals, 104, 1–38. https://doi.org/10.1016/bs.semsem.2020.04.001