Meta mqabbla mas-semikondutturi tal-enerġija bbażati fuq is-silikon, is-semikondutturi tal-enerġija SiC (karbur tas-silikon) għandhom vantaġġi sinifikanti fil-frekwenza tal-bdil, it-telf, id-dissipazzjoni tas-sħana, il-minjaturizzazzjoni, eċċ.
Bil-produzzjoni fuq skala kbira ta' inverters tas-silikon karbur minn Tesla, aktar kumpaniji bdew ukoll jillandjaw prodotti tas-silikon karbur.
Is-SiC huwa tant "tal-għaġeb", kif fid-dinja sar? X'inhuma l-applikazzjonijiet issa? Ejja naraw!
01 ☆ Twelid ta' SiC
Bħal semikondutturi oħra tal-enerġija, il-katina tal-industrija SiC-MOSFET tinkludiir-rabta bejn il-kristall twil – is-sottostrat – l-epitassija – id-disinn – il-manifattura – l-ippakkjar.
Kristall twil
Matul ir-rabta twila tal-kristall, b'differenza mill-preparazzjoni tal-metodu Tira użat mis-silikon kristall wieħed, il-karbur tas-silikon jadotta prinċipalment metodu ta' trasport fiżiku tal-gass (PVT, magħruf ukoll bħala Lly mtejjeb jew metodu ta' sublimazzjoni tal-kristall taż-żerriegħa), supplimenti tal-metodu ta' depożizzjoni kimika tal-gass f'temperatura għolja (HTCVD).
☆ Pass ewlieni
1. Materja prima solida karbonika;
2. Wara t-tisħin, is-solidu tal-karbur isir gass;
3. Il-gass jiċċaqlaq lejn il-wiċċ tal-kristall taż-żerriegħa;
4. Il-gass jikber fuq il-wiċċ tal-kristall taż-żerriegħa f'kristall.
Sors tal-istampa: “Punt Tekniku biex tiżżarma l-karbur tas-silikon għat-tkabbir tal-PVT”
Sengħa differenti kkawżat żewġ żvantaġġi ewlenin meta mqabbla mal-bażi tas-silikon:
L-ewwelnett, il-produzzjoni hija diffiċli u r-rendiment huwa baxx.It-temperatura tal-fażi tal-gass ibbażata fuq il-karbonju tikber 'il fuq minn 2300 °C u l-pressjoni hija ta' 350MPa. Il-kaxxa skura kollha titwettaq, u huwa faċli li titħallat ma' impuritajiet. Ir-rendiment huwa inqas minn dak tal-bażi tas-silikon. Iktar ma jkun kbir id-dijametru, inqas ikun ir-rendiment.
It-tieni huwa tkabbir bil-mod.Il-Governanza tal-metodu PVT hija bil-mod ħafna, il-veloċità hija ta' madwar 0.3-0.5mm/siegħa, u tista' tikber 2cm f'7 ijiem. Il-massimu jista' jikber biss 3-5cm, u d-dijametru tal-ingott tal-kristall huwa l-aktar ta' 4 pulzieri u 6 pulzieri.
Is-72H ibbażat fuq is-silikon jista' jikber sa għoli ta' 2-3m, b'dijametri l-aktar ta' 6 pulzieri u kapaċità ta' produzzjoni ġdida ta' 8 pulzieri għal 12-il pulzier.Għalhekk, il-karbur tas-silikon ħafna drabi jissejjaħ ingott tal-kristall, u s-silikon isir stikka tal-kristall.
Ingotti tal-kristall tas-silikon tal-karbur
Sottostrat
Wara li l-kristall twil jitlesta, jidħol fil-proċess tal-produzzjoni tas-sottostrat.
Wara qtugħ immirat, tħin (tħin mhux maħdum, tħin fin), illustrar (illustrar mekkaniku), illustrar ultra-preċiżjoni (illustrar kimiku-mekkaniku), jinkiseb is-sottostrat tal-karbur tas-silikon.
Is-sottostrat jilgħab prinċipalmentir-rwol tal-appoġġ fiżiku, il-konduttività termali u l-konduttività.Id-diffikultà tal-ipproċessar hija li l-materjal tal-karbur tas-silikon għandu proprjetajiet kimiċi għoljin, iqarmeċ, u stabbli. Għalhekk, il-metodi tradizzjonali tal-ipproċessar ibbażati fuq is-silikon mhumiex adattati għas-sottostrat tal-karbur tas-silikon.
Il-kwalità tal-effett tat-tqattigħ taffettwa direttament il-prestazzjoni u l-effiċjenza tal-użu (l-ispiża) tal-prodotti tal-karbur tas-silikon, għalhekk huwa meħtieġ li jkun żgħir, bi ħxuna uniformi, u b'qtugħ baxx.
Fil-preżent,4 pulzieri u 6 pulzieri jużaw prinċipalment tagħmir tat-tqattigħ b'ħafna linji,qtugħ tal-kristalli tas-silikon f'flieli rqaq bi ħxuna ta' mhux aktar minn 1mm.
Dijagramma skematika tat-tqattigħ b'ħafna linji
Fil-futur, biż-żieda fid-daqs tal-wejfers tas-silikon karbonizzati, iż-żieda fir-rekwiżiti tal-użu tal-materjal se tiżdied, u teknoloġiji bħat-tqattigħ bil-lejżer u s-separazzjoni kiesħa se jiġu applikati wkoll gradwalment.
Fl-2018, Infineon akkwistat lil Siltectra GmbH, li żviluppat proċess innovattiv magħruf bħala cold cracking.
Meta mqabbel mat-telf tradizzjonali tal-proċess tat-tqattigħ b'ħafna wajers ta' 1/4,Il-proċess ta' qsim fil-kesħa tilef biss 1/8 tal-materjal tal-karbur tas-silikon.
Estensjoni
Peress li l-materjal tas-silikon karbur ma jistax jagħmel apparati tal-enerġija direttament fuq is-sottostrat, huma meħtieġa diversi apparati fuq is-saff ta' estensjoni.
Għalhekk, wara li titlesta l-produzzjoni tas-sottostrat, film irqiq speċifiku ta' kristall wieħed jitkabbar fuq is-sottostrat permezz tal-proċess ta' estensjoni.
Fil-preżent, il-proċess tal-metodu ta' depożizzjoni kimika tal-gass (CVD) huwa prinċipalment użat.
Disinn
Wara li jsir is-sottostrat, jidħol fl-istadju tad-disinn tal-prodott.
Għall-MOSFET, il-fokus tal-proċess tad-disinn huwa d-disinn tal-kanal,minn naħa waħda biex jiġi evitat il-ksur tal-brevetti(Infineon, Rohm, ST, eċċ., għandhom tqassim ta' brevett), u min-naħa l-oħra għaljissodisfaw il-manifatturabbiltà u l-ispejjeż tal-manifattura.
Fabbrikazzjoni tal-wejfer
Wara li jitlesta d-disinn tal-prodott, dan jidħol fl-istadju tal-manifattura tal-wejfer,u l-proċess huwa bejn wieħed u ieħor simili għal dak tas-silikon, li prinċipalment għandu l-5 passi li ġejjin.
☆Pass 1: Injetta l-maskra
Jagħmel saff ta' film tal-ossidu tas-silikon (SiO2), il-fotoreżist jiġi miksi, il-mudell tal-fotoreżist jiġi ffurmat permezz tal-passi ta' omoġenizzazzjoni, espożizzjoni, żvilupp, eċċ., u l-figura tiġi trasferita għall-film tal-ossidu permezz tal-proċess ta' inċiżjoni.
☆Pass 2: Impjantazzjoni tal-joni
Il-wejfer tal-karbur tas-silikon mgħotti jitqiegħed f'impjantatur tal-joni, fejn il-joni tal-aluminju jiġu injettati biex jiffurmaw żona ta' doping tat-tip P, u jiġu ttemprati biex jattivaw il-joni tal-aluminju impjantati.
Il-film tal-ossidu jitneħħa, il-joni tan-nitroġenu jiġu injettati f'reġjun speċifiku tar-reġjun tad-doping tat-tip P biex jiffurmaw reġjun konduttiv tat-tip N tad-drejn u s-sors, u l-joni tan-nitroġenu impjantati jiġu ttemprati biex jiġu attivati.
☆Pass 3: Agħmel il-grilja
Agħmel il-grilja. Fiż-żona bejn is-sors u d-drejn, is-saff tal-ossidu tal-bieba jiġi ppreparat permezz ta' proċess ta' ossidazzjoni f'temperatura għolja, u s-saff tal-elettrodu tal-bieba jiġi depożitat biex jifforma l-istruttura tal-kontroll tal-bieba.
☆Pass 4: Nagħmlu saffi ta' passivazzjoni
Isir saff ta' passivazzjoni. Iddepożita saff ta' passivazzjoni b'karatteristiċi ta' insulazzjoni tajbin biex tevita t-tkissir bejn l-elettrodi.
☆Pass 5: Agħmel elettrodi tas-sors tad-drenaġġ
Agħmel drejn u sors. Is-saff tal-passivazzjoni huwa mtaqqab u l-metall jiġi mbexxa biex jifforma drejn u sors.
Sors tar-ritratti: Xinxi Capital
Għalkemm hemm ftit differenza bejn il-livell tal-proċess u dak ibbażat fuq is-silikon, minħabba l-karatteristiċi tal-materjali tal-karbur tas-silikon,L-impjantazzjoni u t-temprar tal-joni jeħtieġ li jsiru f'ambjent ta' temperatura għolja(sa 1600 °C), temperatura għolja taffettwa l-istruttura tal-kannizzata tal-materjal innifsu, u d-diffikultà taffettwa wkoll ir-rendiment.
Barra minn hekk, għall-komponenti MOSFET,Il-kwalità tal-ossiġnu tal-bieb taffettwa direttament il-mobilità tal-kanal u l-affidabbiltà tal-bieb, għax hemm żewġ tipi ta' atomi tas-silikon u tal-karbonju fil-materjal tal-karbur tas-silikon.
Għalhekk, huwa meħtieġ metodu speċjali ta' tkabbir tal-mezz tal-bieb (punt ieħor huwa li l-folja tal-karbur tas-silikon hija trasparenti, u l-allinjament tal-pożizzjoni fl-istadju tal-fotolitografija huwa diffiċli għas-silikon).
Wara li titlesta l-manifattura tal-wejfer, iċ-ċippa individwali tinqata' f'ċippa vojta u tista' tiġi ppakkjata skont l-iskop. Il-proċess komuni għal apparati diskreti huwa l-ippakkjar TO.
MOSFETs CoolSiC™ ta' 650V f'pakkett TO-247
Ritratt: Infineon
Il-qasam tal-karozzi għandu rekwiżiti għoljin ta' qawwa u dissipazzjoni tas-sħana, u xi kultant ikun meħtieġ li jinbnew direttament ċirkwiti ta' pont (nofs pont jew pont sħiħ, jew ippakkjati direttament bid-dijodi).
Għalhekk, ħafna drabi jiġi ppakkjat direttament f'moduli jew sistemi. Skont in-numru ta' ċipep ippakkjati f'modulu wieħed, il-forma komuni hija 1 f'1 (BorgWarner), 6 f'1 (Infineon), eċċ., u xi kumpaniji jużaw skema parallela ta' tubu wieħed.
Vipera ta' Borgwarner
Jappoġġja t-tkessiħ tal-ilma b'żewġ naħat u SiC-MOSFET
Moduli MOSFET Infineon CoolSiC™
B'differenza mis-silikon,Il-moduli tal-karbur tas-silikon joperaw f'temperatura ogħla, madwar 200 °C.
It-temperatura tat-tidwib tradizzjonali tal-istann artab hija baxxa, u ma tistax tissodisfa r-rekwiżiti tat-temperatura. Għalhekk, il-moduli tal-karbur tas-silikon spiss jużaw proċess ta' wweldjar ta' sinterizzazzjoni tal-fidda f'temperatura baxxa.
Wara li jitlesta l-modulu, jista' jiġi applikat għas-sistema tal-partijiet.
Kontrollur tal-mutur Tesla Model3
Iċ-ċippa vojta ġejja minn ST, pakkett żviluppat minnha nnifisha u sistema ta' sewqan elettriku
☆02 Status tal-applikazzjoni tas-SiC?
Fil-qasam tal-karozzi, l-apparati tal-enerġija jintużaw l-aktar fiDCDC, OBC, invertituri tal-muturi, invertituri tal-arja kondizzjonata elettrika, iċċarġjar mingħajr fili u partijiet oħrali jeħtieġu konverżjoni veloċi AC/DC (DCDC jaġixxi prinċipalment bħala swiċċ veloċi).
Ritratt: BorgWarner
Meta mqabbla ma' materjali bbażati fuq is-silikon, il-materjali SIC għandhom prestazzjoni ogħlaqawwa tal-kamp tat-tkissir kritiku tal-valangi(3×106V/ċm),konduttività termali aħjar(49W/mK) uvojt usa' tal-medda(3.26eV).
Iktar ma tkun wiesgħa l-medda ta' frekwenza, iżgħar ikun il-kurrent tat-tnixxija u ogħla tkun l-effiċjenza. Iktar ma tkun tajba l-konduttività termali, ogħla tkun id-densità tal-kurrent. Iktar ma jkun qawwi l-kamp kritiku tat-tkissir tal-valangi, iktar tkun tista' titjieb ir-reżistenza tal-vultaġġ tal-apparat.
Għalhekk, fil-qasam tal-vultaġġ għoli abbord, MOSFETs u SBD ippreparati minn materjali tas-silikon karbur biex jissostitwixxu l-kombinazzjoni eżistenti ta' IGBT u FRD ibbażati fuq is-silikon jistgħu jtejbu b'mod effettiv il-qawwa u l-effiċjenza,speċjalment f'xenarji ta' applikazzjoni ta' frekwenza għolja biex jitnaqqsu t-telf tal-iswiċċjar.
Fil-preżent, x'aktarx li jikseb applikazzjonijiet fuq skala kbira f'invertituri tal-muturi, segwiti minn OBC u DCDC.
Pjattaforma ta' vultaġġ ta' 800V
Fil-pjattaforma tal-vultaġġ ta' 800V, il-vantaġġ tal-frekwenza għolja jagħmel lill-intrapriżi aktar inklinati li jagħżlu s-soluzzjoni SiC-MOSFET. Għalhekk, il-biċċa l-kbira tal-ippjanar attwali tal-kontroll elettroniku ta' 800V juża SiC-MOSFET.
L-ippjanar fil-livell tal-pjattaforma jinkludiE-GMP moderna, GM Otenergy – qasam tal-pickups, Porsche PPE, u Tesla EPA.Ħlief għall-mudelli tal-pjattaforma Porsche PPE li ma jġorrux espliċitament SiC-MOSFET (l-ewwel mudell huwa IGBT ibbażat fuq is-silika), pjattaformi oħra tal-vetturi jadottaw skemi SiC-MOSFET.
Pjattaforma tal-enerġija Universali Ultra
L-ippjanar tal-mudell ta' 800V huwa aktar,il-marka Jiagirong tal-Great Wall Salon, il-verżjoni Beiqi pole Fox S HI, il-karozza ideali S01 u W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 qalet li se ġġorr pjattaforma ta' 800V, flimkien ma' BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen qalet ukoll li t-teknoloġija ta' 800V tinsab fir-riċerka.
Mis-sitwazzjoni tal-ordnijiet ta' 800V miksuba minn fornituri tat-Tier1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, u Huichuanl-ordnijiet kollha mħabbra ta’ sewqan elettriku ta’ 800V.
Pjattaforma ta' vultaġġ ta' 400V
Fil-pjattaforma tal-vultaġġ ta' 400V, SiC-MOSFET huwa prinċipalment fil-konsiderazzjoni ta' qawwa għolja u densità ta' qawwa u effiċjenza għolja.
Bħall-mutur Tesla Model 3\Y li issa ġie prodott bil-massa, il-qawwa massima tal-mutur BYD Hanhou hija ta' madwar 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO se tuża wkoll prodotti SiC-MOSFET li jibdew mill-ET7 u l-ET5 li se jiġi elenkat aktar tard. Il-qawwa massima hija ta' 240Kw (ET5 210Kw).
Barra minn hekk, mill-perspettiva ta' effiċjenza għolja, xi intrapriżi qed jesploraw ukoll il-fattibbiltà ta' prodotti SiC-MOSFET awżiljarji ta' għargħar.
Ħin tal-pubblikazzjoni: 08 ta' Lulju 2023
