Gaur egungo potentzia-moduluen diseinu gehienak aluminio oxidoz (Al2O3) edo AlNz egindako zeramikatan oinarritzen dira, baina errendimendu-eskakizunak gora egin ahala, diseinatzaileak beste substratu batzuk aztertzen ari dira. EV aplikazioetan, adibidez, konmutazio-galerak % 10 jaisten dira txiparen tenperatura 150 °C-tik 200 °C-ra pasatzen denean. Gainera, ontziratzeko teknologia berriek, hala nola soldadurarik gabeko moduluak eta alanbre-loturarik gabeko moduluak, dauden substratuak lotura ahulena bihurtzen dituzte.
Beste faktore garrantzitsu bat da produktuak gehiago iraun behar duela baldintza gogorretan, aerosorgailuetan aurkitzen direnetan bezala. Giro-baldintza guztietan aerosorgailuen bizi-iraupena hamabost urtekoa da, eta aplikazio honen diseinatzaileek substratu-teknologiak bilatzera bultzatu ditu.
SiC osagaien erabilera areagotzea substratu hobetuen alternatibak bultzatzen dituen hirugarren faktorea da. Ohiko moduluekin alderatuta, ontziratze optimoa zuten lehen SiC moduluek ehuneko 40 eta 70 arteko galerak murriztea erakutsi zuten, baina ontziratzeko teknika berritzaileen beharra ere frogatu zuten, Si3N4 substratuak barne. Joera hauek guztiek Al2O3 eta AlN substratu tradizionalen etorkizuneko funtzioa mugatuko dute, eta Si3N4-n oinarritutako substratuak izango dira etorkizuneko errendimendu handiko potentzia-moduluetarako aukeratutako materiala.
Silizio nitruroa (Si3N4) oso egokia da potentzia-substratu elektronikoetarako, bere toleste-indar handiagatik, haustura-gogotasun handiagatik eta eroankortasun termiko handiagatik. Zeramikaren ezaugarriek eta aldagai kritikoen konparaketak, isurketa partziala edo pitzadurak sortzea adibidez, eragin handia dute substratuaren azken portaeran, hala nola bero-eroankortasuna eta ziklo termikoaren portaera.
Eroankortasun termikoa, tolestura-indarra eta haustura-gogortasuna dira propietate garrantzitsuenak potentzia-moduluetarako material isolatzaileak hautatzeko garaian. Eroankortasun termiko handia ezinbestekoa da potentzia-modulu batean beroa azkar xahutzeko. Tolestura-indarra garrantzitsua da zeramikazko substratua ontziratzeko prozesuan nola kudeatzen eta erabiltzen den, eta hausturaren gogortasuna garrantzitsua da zein fidagarria izango den jakiteko.
Eroankortasun termiko baxua eta balio mekaniko baxuak ezaugarritzen dute Al2O3 (%96). Hala ere, 24 W/mK-ko eroankortasun termikoa egokia da gaur egungo industria-aplikazio estandar gehienetarako. AlN-ren 180 W/mK-ko eroankortasun termiko handia da bere abantailarik handiena, fidagarritasun moderatua izan arren. Hau Al2O3-ren haustura-gogortasun baxuaren eta tolestura-erresistentzia parekoaren emaitza da.
Fidagarritasun handiagoaren eskaera gero eta handiagoak ZTA (zirkonia gogortutako alumina) zeramikan azken aurrerapenak ekarri zituen. Zeramika hauek tolestura-erresistentzia eta haustura-gogortasun nabarmen handiagoak dituzte beste materialek baino. Zoritxarrez, ZTA zeramikaren eroankortasun termikoa Al2O3 estandarraren parekoa da; ondorioz, potentzia-dentsitate handieneko potentzia handiko aplikazioetan erabiltzea mugatuta dago.
Si3N4-k eroankortasun termiko bikaina eta errendimendu mekanikoa konbinatzen ditu. Eroankortasun termikoa 90 W/mK-tan zehaztu daiteke, eta haustura-gogortasuna alderatutako zeramika artean handiena da. Ezaugarri hauek iradokitzen dute Si3N4-k substratu metalizatu gisa fidagarritasun handiena erakutsiko duela.
