Shumica e modeleve të moduleve të energjisë sot bazohen në qeramikë të bërë nga oksidi i aluminit (Al2O3) ose AlN, por ndërsa kërkesat e performancës rriten, projektuesit po kërkojnë nënshtresa të tjera. Në aplikimet EV, për shembull, humbjet e ndërrimit ulen me 10% kur temperatura e çipit shkon nga 150°C në 200°C. Për më tepër, teknologjitë e reja të paketimit të tilla si modulet pa saldim dhe modulet pa lidhje tela i bëjnë substratet ekzistuese lidhjen më të dobët.
Një faktor tjetër i rëndësishëm është se produkti duhet të zgjasë më gjatë në kushte të vështira, si ato që gjenden në turbinat e erës. Jetëgjatësia e vlerësuar e turbinave me erë në të gjitha kushtet mjedisore është pesëmbëdhjetë vjet, duke i shtyrë projektuesit e këtij aplikacioni të kërkojnë teknologji superiore të nënshtresës.
Rritja e përdorimit të komponentëve SiC është një faktor i tretë që nxit alternativat e zgjeruara të substratit. Në krahasim me modulet konvencionale, modulet e para SiC me paketim optimal demonstruan një reduktim të humbjeve prej 40 deri në 70 përqind, por gjithashtu demonstruan nevojën për teknika inovative të paketimit, duke përfshirë nënshtresat Si3N4. Të gjitha këto tendenca do të kufizojnë funksionin e ardhshëm të substrateve tradicionale Al2O3 dhe AlN, ndërsa substratet e bazuara në Si3N4 do të jenë materiali i zgjedhur për modulet e ardhshme të fuqisë me performancë të lartë.
Nitridi i silikonit (Si3N4) është i përshtatshëm për nënshtresat elektronike të energjisë për shkak të forcës së tij superiore në përkulje, rezistencës së lartë ndaj thyerjes dhe përçueshmërisë së lartë termike. Veçoritë e qeramikës dhe krahasimi i variablave kritikë, si shkarkimi i pjesshëm ose formimi i çarjes, kanë një efekt të madh në sjelljen përfundimtare të nënshtresës, të tilla si përçueshmëria e nxehtësisë dhe sjellja e ciklit termik.
Përçueshmëria termike, forca në përkulje dhe qëndrueshmëria në thyerje janë vetitë më të rëndësishme kur zgjidhni materiale izoluese për modulet e fuqisë. Përçueshmëria e lartë termike është thelbësore për shpërndarjen e shpejtë të nxehtësisë në një modul të energjisë. Forca e përkuljes është e rëndësishme për mënyrën se si trajtohet dhe përdoret nënshtresa qeramike gjatë procesit të paketimit, ndërsa qëndrueshmëria ndaj thyerjes është e rëndësishme për të kuptuar se sa e besueshme do të jetë.
Përçueshmëria e ulët termike dhe vlerat e ulëta mekanike karakterizojnë Al2O3 (96%). Megjithatë, përçueshmëria termike prej 24 W/mK është e përshtatshme për shumicën e aplikimeve standarde industriale të ditëve të sotme. Përçueshmëria e lartë termike e AlN prej 180 W/mK është avantazhi i tij më i madh, pavarësisht nga besueshmëria e tij mesatare. Ky është rezultat i rezistencës së ulët të Al2O3 në thyerje dhe forcës së krahasueshme të përkuljes.
Kërkesa në rritje për besueshmëri më të madhe çoi në përparimet e fundit në qeramikën ZTA (alumin e fortë me zirkon). Këto qeramika kanë forcë në përkulje dhe rezistencë ndaj thyerjes dukshëm më të madhe se materialet e tjera. Fatkeqësisht, përçueshmëria termike e qeramikës ZTA është e krahasueshme me atë të standardit Al2O3; si rezultat, përdorimi i tyre në aplikimet me fuqi të lartë me densitet më të lartë të fuqisë është i kufizuar.
Ndërsa Si3N4 kombinon përçueshmëri të shkëlqyer termike dhe performancë mekanike. Përçueshmëria termike mund të specifikohet në 90 W/mK, dhe qëndrueshmëria e saj në thyerje është më e larta në mesin e qeramikës së krahasuar. Këto karakteristika sugjerojnë që Si3N4 do të shfaqë besueshmërinë më të lartë si një substrat i metalizuar.
