Meta mqabbel ma 'semikondutturi tal-qawwa bbażati fuq is-silikon, semikondutturi tal-qawwa SiC (karbur tas-silikon) għandhom vantaġġi sinifikanti fil-frekwenza tal-bidla, telf, dissipazzjoni tas-sħana, minjaturizzazzjoni, eċċ.
Bil-produzzjoni fuq skala kbira ta 'invertituri tal-karbur tas-silikon minn Tesla, aktar kumpaniji bdew ukoll iħottu prodotti tal-karbur tas-silikon.
Is-SiC huwa tant "tal-għaġeb", kif inhi sar?X'inhuma l-applikazzjonijiet issa?Ejja naraw!
01 ☆ Twelid ta' SiC
Bħal semikondutturi oħra tal-enerġija, il-katina tal-industrija SiC-MOSFET tinkludiil-kristall twil – sottostrat – epitassija – disinn – manifattura – rabta tal-ippakkjar.
Kristall twil
Matul ir-rabta twila tal-kristall, b'differenza mill-preparazzjoni tal-metodu Tira użat minn silikon kristall wieħed, il-karbur tas-silikon prinċipalment jadotta metodu ta 'trasport fiżiku tal-gass (PVT, magħruf ukoll bħala metodu mtejba ta' Lly jew sublimazzjoni tal-kristall taż-żerriegħa), metodu ta 'depożizzjoni ta' gass kimiku b'temperatura għolja ( HTCVD ) supplimenti.
☆ Pass ewlieni
1. Materja prima solida karbonika;
2. Wara t-tisħin, is-solidu tal-karbur isir gass;
3. Il-gass jimxi lejn il-wiċċ tal-kristall taż-żerriegħa;
4. Il-gass jikber fuq il-wiċċ tal-kristall taż-żerriegħa fi kristall.
Sors tal-istampa: "Punt Tekniku biex iżarma l-karbur tas-silikon tat-tkabbir PVT"
Sengħa differenti ikkawżat żewġ żvantaġġi kbar meta mqabbla mal-bażi tas-silikon:
L-ewwel, 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 350MPa.Il-kaxxa skura kollha titwettaq, u huwa faċli li titħallat f'impuritajiet.Ir-rendiment huwa inqas mill-bażi tas-silikon.Iktar ma jkun kbir id-dijametru, iktar ikun baxx 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 / h, 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.
Il-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 spiss jissejjaħ ingott tal-kristall, u s-silikon isir stikka tal-kristall.
Ingotti tal-kristall tas-silikon tal-karbur
Sottostrat
Wara li jitlesta l-kristall twil, jidħol fil-proċess ta 'produzzjoni tas-sottostrat.
Wara qtugħ immirat, tħin (tħin mhux maħdum, tħin fin), illustrar (illustrar mekkaniku), illustrar ultra-preċiżjoni (illustrar mekkaniku kimiku), jinkiseb is-sottostrat tal-karbur tas-silikon.
Is-sottostrat jilgħab prinċipalmentir-rwol ta 'appoġġ fiżiku, konduttività termali u konduttività.Id-diffikultà tal-ipproċessar hija li l-materjal tal-karbur tas-silikon huwa għoli, iqarmeċ u stabbli fil-proprjetajiet kimiċi.Għalhekk, metodi ta 'proċessar tradizzjonali bbażati 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 (ispiża) tal-prodotti tal-karbur tas-silikon, għalhekk huwa meħtieġ li jkun żgħir, ħxuna uniformi, u qtugħ baxx.
Bhalissa,4 pulzieri u 6 pulzieri prinċipalment juża tagħmir ta 'qtugħ b'ħafna linji,qtugħ ta 'kristalli tas-silikon fi flieli irqaq bi ħxuna ta' mhux aktar minn 1mm.
Dijagramma skematika tat-tqattigħ b'ħafna linji
Fil-futur, biż-żieda fid-daqs tal-wejfers tas-silikon karbonizzat, iż-żieda fir-rekwiżiti ta 'utilizzazzjoni tal-materjal se tiżdied, u teknoloġiji bħal tqattigħ bil-lejżer u separazzjoni kiesħa se jiġu applikati wkoll gradwalment.
Fl-2018, Infineon akkwistat lil Siltectra GmbH, li żviluppat proċess innovattiv magħruf bħala qsim kiesaħ.
Meta mqabbel mat-telf tradizzjonali tal-proċess tat-tqattigħ b'ħafna wajers ta '1/4,il-proċess ta 'qsim kiesaħ tilef biss 1/8 tal-materjal tal-karbur tas-silikon.
Estensjoni
Peress li l-materjal tal-karbur tas-silikon ma jistax jagħmel apparati ta 'enerġija direttament fuq is-sottostrat, diversi apparati huma meħtieġa fuq is-saff ta' estensjoni.
Għalhekk, wara li titlesta l-produzzjoni tas-sottostrat, titkabbar film irqiq ta 'kristall wieħed speċifiku fuq is-sottostrat permezz tal-proċess ta' estensjoni.
Fil-preżent, il-proċess tal-metodu ta 'depożizzjoni tal-gass kimiku (CVD) jintuża prinċipalment.
Disinn
Wara li jsir is-sottostrat, jidħol fl-istadju tad-disinn tal-prodott.
Għal MOSFET, il-fokus tal-proċess tad-disinn huwa d-disinn tal-kanal,minn naħa biex jiġi evitat il-ksur tal-privattivi(Infineon, Rohm, ST, eċċ, għandhom tqassim tal-privattivi), u min-naħa l-oħra biexjissodisfaw il-manifattura u l-ispejjeż tal-manifattura.
Fabbrikazzjoni tal-wejfer
Wara li jitlesta d-disinn tal-prodott, 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
Isir saff ta 'film ta' ossidu tas-silikon (SiO2), il-fotoreżist huwa miksi, il-mudell tal-fotoreżist huwa ffurmat permezz tal-passi ta 'omoġenizzazzjoni, espożizzjoni, żvilupp, eċċ., U ċ-ċifra tiġi trasferita għall-film ta' l-ossidu permezz tal-proċess ta 'inċiżjoni.
☆Pass 2: Implantazzjoni tal-joni
Il-wejfer tal-karbur tas-silikon mgħotti jitqiegħed f'impjant tal-jone, fejn jonji tal-aluminju jiġu injettati biex jiffurmaw żona ta 'doping tat-tip P, u ittemprati biex jattivaw il-jonji 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-drenaġġ u s-sors, u l-joni tan-nitroġenu impjantati jiġu ttemprati biex jattivawhom.
☆Pass 3: Agħmel il-grilja
Agħmel il-grilja.Fiż-żona bejn is-sors u d-drenaġġ, is-saff tal-ossidu tal-bieb huwa ppreparat permezz ta 'proċess ta' ossidazzjoni b'temperatura għolja, u s-saff tal-elettrodu tal-bieb jiġi depożitat biex jifforma l-istruttura tal-kontroll tal-bieb.
☆Pass 4: Nagħmlu saffi ta 'passivazzjoni
Saff ta 'passivazzjoni huwa magħmul.Iddepożita saff ta 'passivazzjoni b'karatteristiċi ta' insulazzjoni tajba biex tevita t-tkissir ta 'interelettrodi.
☆Pass 5: Agħmel elettrodi tas-sors tad-drenaġġ
Agħmel drain u sors.Is-saff tal-passivazzjoni huwa mtaqqab u l-metall huwa sputtered biex jifforma drenaġġ u sors.
Sors tar-ritratti: Xinxi Capital
Għalkemm hemm ftit differenza bejn il-livell tal-proċess u s-silikon ibbażat, minħabba l-karatteristiċi tal-materjali tal-karbur tas-silikon,l-impjantazzjoni tal-joni u l-ittemprar jeħtieġ li jsiru f'ambjent ta 'temperatura għolja(sa 1600 ° C), temperatura għolja se taffettwa l-istruttura tal-kannizzata tal-materjal innifsu, u d-diffikultà se taffettwa wkoll ir-rendiment.
Barra minn hekk, għall-komponenti MOSFET,il-kwalità tal-ossiġnu tal-bieb taffettwa direttament il-mobilità tal-kanal u l-affidabilità tal-bieb, Minħabba li hemm żewġ tipi ta 'silikon u atomi tal-karbonju fil-materjal tal-karbur tas-silikon.
Għalhekk, huwa meħtieġ metodu ta 'tkabbir medju ta' gate speċjali (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 TO pakkett.
650V CoolSiC™ MOSFETs f'pakkett TO-247
Ritratt: Infineon
Il-qasam tal-karozzi għandu rekwiżiti ta 'qawwa għolja u dissipazzjoni tas-sħana, u xi drabi huwa meħtieġ li jinbnew direttament ċirkwiti tal-pont (nofs pont jew pont sħiħ, jew ippakkjat direttament b'dijodi).
Għalhekk, ħafna drabi huwa 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 b'tubu wieħed.
Borgwarner Viper
Jappoġġja tkessiħ ta 'l-ilma b'żewġ naħat u SiC-MOSFET
Moduli MOSFET Infineon CoolSiC™
B'differenza mis-silikon,moduli tal-karbur tas-silikon joperaw f'temperatura ogħla, madwar 200 ° C.
It-temperatura tal-punt tat-tidwib tat-temperatura tal-istann artab tradizzjonali hija baxxa, ma tistax tissodisfa r-rekwiżiti tat-temperatura.Għalhekk, il-moduli tal-karbur tas-silikon spiss jużaw proċess ta 'wweldjar tas-sinterizzazzjoni tal-fidda b'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 għal rashom u sistema ta 'sewqan elettriku
☆02 L-istatus ta 'applikazzjoni ta' SiC?
Fil-qasam tal-karozzi, apparati tal-enerġija huma prinċipalment użati fiDCDC, OBC, invertituri bil-mutur, invertituri elettriċi tal-arja kondizzjonata, iċċarġjar mingħajr fili u partijiet oħrali jeħtieġu konverżjoni veloċi AC/DC (DCDC prinċipalment jaġixxi bħala swiċċ mgħaġġel).
Ritratt: BorgWarner
Meta mqabbel ma 'materjali bbażati fuq is-silikon, materjali SIC għandhom ogħlaqawwa kritika tal-kamp tat-tqassim tal-valanga(3×106V/ċm),konduttività termali aħjar(49W/mK) ufaxxa aktar wiesgħa(3.26eV).
Iktar ma tkun wiesgħa d-distakk tal-medda, iżgħar tkun il-kurrent ta 'tnixxija u iktar tkun għolja l-effiċjenza.Iktar ma tkun aħjar il-konduttività termali, iktar tkun għolja d-densità tal-kurrent.Aktar ma jkun b'saħħtu l-kamp kritiku tat-tqassim tal-valanga, ir-reżistenza tal-vultaġġ tal-apparat tista 'titjieb.
Għalhekk, fil-qasam tal-vultaġġ għoli abbord, MOSFETs u SBD ippreparati minn materjali tal-karbur tas-silikon biex jissostitwixxu l-kombinazzjoni eżistenti IGBT u FRD ibbażata fuq is-silikon jistgħu jtejbu b'mod effettiv il-qawwa u l-effiċjenza,speċjalment f'xenarji ta 'applikazzjoni ta' frekwenza għolja biex jitnaqqas it-telf tal-bidla.
Fil-preżent, huwa l-aktar probabbli li jinkisbu applikazzjonijiet fuq skala kbira f'inverters bil-mutur, segwit minn OBC u DCDC.
Pjattaforma ta 'vultaġġ 800V
Fil-pjattaforma tal-vultaġġ 800V, il-vantaġġ ta 'frekwenza għolja jagħmel l-intrapriżi aktar inklinati li jagħżlu soluzzjoni SiC-MOSFET.Għalhekk, ħafna mill-kontroll elettroniku kurrenti 800V ippjanar SiC-MOSFET.
L-ippjanar fil-livell tal-pjattaforma jinkludimodern E-GMP, GM Otenergy – pickup field, Porsche PPE, u Tesla EPA.Ħlief għal mudelli ta 'pjattaforma Porsche PPE li ma jġorrux b'mod espliċitu 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 800V huwa aktar,il-marka Great Wall Salon Jiagirong, Beiqi pole Fox S HI verżjoni, karozza ideali S01 u W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 qal li se jġorr pjattaforma 800V, minbarra BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, żero Run, FAW Red Flag, Volkswagen qal ukoll teknoloġija 800V fir-riċerka.
Mis-sitwazzjoni ta 'ordnijiet 800V miksuba minn fornituri Tier1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, u Huichuankollha mħabbra ordnijiet ta ' sewqan elettriku 800V.
Pjattaforma ta 'vultaġġ 400V
Fil-pjattaforma ta 'vultaġġ 400V, SiC-MOSFET huwa prinċipalment fil-konsiderazzjoni ta' qawwa għolja u densità ta 'enerġija u effiċjenza għolja.
Bħall-mutur Tesla Model 3\Y li ġie prodott bil-massa issa, l-ogħla qawwa tal-mutur BYD Hanhou hija madwar 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO se juża wkoll prodotti SiC-MOSFET li jibdew minn ET7 u l-ET5 li se jiġu elenkati aktar tard.L-ogħla qawwa hija 240Kw (ET5 210Kw).
Barra minn hekk, mill-perspettiva ta 'effiċjenza għolja, xi intrapriżi qed jesploraw ukoll il-fattibbiltà ta' prodotti SiC-MOSFET ta 'għargħar awżiljarju.
Ħin tal-post: Lulju-08-2023