Էլեկտրաէներգիայի մոդուլների նախագծերի մեծ մասը այսօր հիմնված է ալյումինի օքսիդից (Al2O3) կամ AlN-ից պատրաստված կերամիկայի վրա, բայց քանի որ կատարողականի պահանջները մեծանում են, դիզայներները փնտրում են այլ ենթաշերտեր: Օրինակ, էլեկտրաէներգիայի կիրառման դեպքում միացման կորուստները նվազում են 10%-ով, երբ չիպի ջերմաստիճանը 150°C-ից հասնում է 200°C-ի: Բացի այդ, փաթեթավորման նոր տեխնոլոգիաները, ինչպիսիք են առանց զոդման մոդուլները և առանց մետաղալարերի մոդուլները, գոյություն ունեցող ենթաշերտերը դարձնում են ամենաթույլ օղակը:
Մեկ այլ կարևոր գործոն այն է, որ արտադրանքը պետք է ավելի երկար աշխատի ծանր պայմաններում, ինչպես հողմային տուրբիններում հայտնաբերվածները: Բոլոր բնապահպանական պայմաններում հողմային տուրբինների շահագործման ժամկետը տասնհինգ տարի է, ինչն այս հավելվածի նախագծողներին դրդում է փնտրել բարձրակարգ տեխնոլոգիաներ:
SiC բաղադրիչների օգտագործման աճը երրորդ գործոնն է, որը խթանում է ուժեղացված ենթաշերտի այլընտրանքները: Սովորական մոդուլների համեմատ, օպտիմալ փաթեթավորմամբ առաջին SiC մոդուլները ցույց տվեցին կորուստների 40-ից 70 տոկոս նվազում, բայց նաև ցույց տվեցին փաթեթավորման նորարարական տեխնիկայի անհրաժեշտությունը, ներառյալ Si3N4 սուբստրատները: Այս բոլոր միտումները կսահմանափակեն ավանդական Al2O3 և AlN սուբստրատների ապագա գործառույթը, մինչդեռ Si3N4-ի վրա հիմնված ենթաշերտերը կլինեն ընտրված նյութ ապագա բարձր արդյունավետությամբ էներգիայի մոդուլների համար:
Սիլիցիումի նիտրիդը (Si3N4) լավ հարմարեցված է էլեկտրաէներգիայի էլեկտրոնային ենթաշերտերի համար՝ շնորհիվ իր բարձր ճկման ուժի, ճեղքման բարձր ամրության և բարձր ջերմային հաղորդունակության: Կերամիկայի առանձնահատկությունները և կրիտիկական փոփոխականների համեմատությունը, ինչպիսիք են մասնակի արտահոսքը կամ ճաքի ձևավորումը, մեծ ազդեցություն ունեն ենթաշերտի վերջնական վարքի վրա, ինչպիսիք են ջերմահաղորդականությունը և ջերմային ցիկլային վարքը:
Ջերմային հաղորդունակությունը, ճկման ուժը և ճեղքման ամրությունը ամենակարևոր հատկություններն են ուժային մոդուլների համար մեկուսիչ նյութեր ընտրելիս: Բարձր ջերմային հաղորդունակությունը էական է էներգիայի մոդուլում ջերմության արագ ցրման համար: Ճկման ուժը կարևոր է այն բանի համար, թե ինչպես է կերամիկական հիմքը մշակվում և օգտագործվում փաթեթավորման գործընթացում, մինչդեռ կոտրվածքի ամրությունը կարևոր է պարզելու համար, թե որքանով է այն հուսալի:
Ցածր ջերմային հաղորդունակությունը և ցածր մեխանիկական արժեքները բնութագրում են Al2O3-ը (96%): Այնուամենայնիվ, 24 Վտ/մԿ-ի ջերմային հաղորդունակությունը բավարար է ներկայիս ստանդարտ արդյունաբերական կիրառությունների մեծամասնության համար: AlN-ի 180 Վտ/մԿ բարձր ջերմային հաղորդունակությունը նրա ամենամեծ առավելությունն է՝ չնայած չափավոր հուսալիությանը: Սա Al2O3-ի կոտրվածքի ցածր ամրության և ճկման համեմատելի ուժի արդյունքն է:
Ավելի մեծ հուսալիության աճող պահանջարկը հանգեցրեց ZTA (ցիրկոնիով ամրացված կավահող) կերամիկայի վերջին առաջընթացին: Այս կերամիկաներն ունեն զգալիորեն ավելի մեծ ճկման ուժ և ճեղքման դիմացկունություն, քան մյուս նյութերը: Ցավոք սրտի, ZTA կերամիկայի ջերմային հաղորդունակությունը համեմատելի է ստանդարտ Al2O3-ի հետ; արդյունքում սահմանափակվում է դրանց օգտագործումը հզորության ամենաբարձր խտություններ ունեցող բարձր հզորության ծրագրերում:
Մինչդեռ Si3N4-ը համատեղում է գերազանց ջերմային հաղորդունակությունը և մեխանիկական կատարումը: Ջերմային հաղորդունակությունը կարող է սահմանվել 90 Վտ/մԿ, և դրա ճեղքման ամրությունը ամենաբարձրն է համեմատվող կերամիկայի մեջ: Այս բնութագրերը ցույց են տալիս, որ Si3N4-ը կցուցաբերի ամենաբարձր հուսալիությունը որպես մետաղացված ենթաշերտ:
