სილიკონზე დაფუძნებულ დენის ნახევარგამტარებთან შედარებით, SiC (სილიციუმის კარბიდი) დენის ნახევარგამტარებს აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობები გადართვის სიხშირის, დანაკარგის, სითბოს გაფრქვევის, მინიატურიზაციის და ა.შ.
Tesla-ს მიერ სილიციუმის კარბიდის ინვერტორების ფართომასშტაბიანი წარმოებით, უფრო მეტმა კომპანიამ ასევე დაიწყო სილიციუმის კარბიდის პროდუქტების დაშვება.
SiC იმდენად "საოცარია", როგორ შეიქმნა იგი?რა აპლიკაციებია ახლა?Მოდი ვნახოთ!
01 ☆ SiC-ის დაბადება
სხვა ელექტრო ნახევარგამტარების მსგავსად, SiC-MOSFET ინდუსტრიის ჯაჭვი მოიცავსგრძელი ბროლი - სუბსტრატი - ეპიტაქსია - დიზაინი - წარმოება - შეფუთვა.
გრძელი კრისტალი
გრძელი კრისტალური კავშირის დროს, განსხვავებით ტირას მეთოდის მომზადებისგან, რომელიც გამოიყენება ერთკრისტალური სილიციუმის მიერ, სილიციუმის კარბიდი ძირითადად იყენებს ფიზიკურ გაზის ტრანსპორტირების მეთოდს (PVT, ასევე ცნობილია როგორც გაუმჯობესებული Lly ან თესლის კრისტალური სუბლიმაციის მეთოდი), მაღალი ტემპერატურის ქიმიური გაზის დეპონირების მეთოდს (HTCVD). ) დანამატები.
☆ ძირითადი ნაბიჯი
1. ნახშირბადოვანი მყარი ნედლეული;
2. გახურების შემდეგ კარბიდის მყარი ხდება აირად;
3. გაზი გადადის სათესლე ბროლის ზედაპირზე;
4. სათესლე ბროლის ზედაპირზე გაზი იზრდება კრისტალად.
სურათის წყარო: „ტექნიკური წერტილი PVT ზრდის სილიციუმის კარბიდის დასაშლელად“
სხვადასხვა ოსტატობამ გამოიწვია ორი ძირითადი მინუსი სილიკონის ბაზასთან შედარებით:
ჯერ ერთი, წარმოება რთულია და მოსავლიანობა დაბალი.ნახშირბადზე დაფუძნებული გაზის ფაზის ტემპერატურა იზრდება 2300 ° C-ზე მაღლა და წნევა არის 350 MPa.მთლიანი მუქი ყუთი შესრულებულია და ადვილია მინარევებით შერევა.მოსავლიანობა უფრო დაბალია, ვიდრე სილიკონის ბაზა.რაც უფრო დიდია დიამეტრი, მით ნაკლებია მოსავლიანობა.
მეორე არის ნელი ზრდა.PVT მეთოდის მართვა ძალიან ნელია, სიჩქარე არის დაახლოებით 0.3-0.5 მმ/სთ და შეიძლება გაიზარდოს 2 სმ 7 დღეში.მაქსიმუმი შეიძლება გაიზარდოს მხოლოდ 3-5 სმ, ხოლო ბროლის კალმის დიამეტრი ძირითადად 4 ინჩი და 6 ინჩია.
სილიკონზე დაფუძნებული 72H შეიძლება გაიზარდოს 2-3 მ სიმაღლემდე, დიამეტრით ძირითადად 6 ინჩით და 8 დიუმიანი ახალი წარმოების სიმძლავრით 12 ინჩისთვის.ამიტომ, სილიციუმის კარბიდს ხშირად უწოდებენ კრისტალურ ინგოტს, ხოლო სილიციუმი ხდება ბროლის ჯოხი.
კარბიდის სილიციუმის კრისტალური ინგოტები
სუბსტრატი
გრძელი ბროლის დასრულების შემდეგ, ის შედის სუბსტრატის წარმოების პროცესში.
მიზანმიმართული ჭრის შემდეგ, მიიღება სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატი.
სუბსტრატი ძირითადად თამაშობსფიზიკური მხარდაჭერის, თბოგამტარობისა და გამტარობის როლი.დამუშავების სირთულე ის არის, რომ სილიციუმის კარბიდის მასალა მაღალია, ხრაშუნა და სტაბილურია ქიმიური თვისებებით.ამიტომ, სილიციუმის დამუშავების ტრადიციული მეთოდები არ არის შესაფერისი სილიციუმის კარბიდის სუბსტრატისთვის.
ჭრის ეფექტის ხარისხი პირდაპირ გავლენას ახდენს სილიციუმის კარბიდის პროდუქტების შესრულებასა და გამოყენების ეფექტურობაზე (ფასზე), ამიტომ საჭიროა იყოს მცირე, ერთგვაროვანი სისქე და დაბალი ჭრა.
Ამჟამად,4-დიუმიანი და 6-დიუმიანი ძირითადად იყენებს მრავალხაზოვან საჭრელ აღჭურვილობას,სილიკონის კრისტალების დაჭრა თხელ ნაჭრებად არაუმეტეს 1მმ სისქით.
მრავალხაზოვანი ჭრის სქემატური დიაგრამა
მომავალში, კარბონირებული სილიკონის ვაფლის ზომის მატებასთან ერთად, გაიზრდება მატერიალური უტილიზაციის მოთხოვნები და თანდათანობით გამოყენებული იქნება ისეთი ტექნოლოგიები, როგორიცაა ლაზერული დაჭრა და ცივი გამოყოფა.
2018 წელს Infineon-მა შეიძინა Siltectra GmbH, რომელმაც შეიმუშავა ინოვაციური პროცესი, რომელიც ცნობილია როგორც ცივი კრეკინგი.
ტრადიციულ მრავალმავთულის ჭრის პროცესის დანაკარგთან შედარებით 1/4,ცივი კრეფის პროცესმა დაკარგა სილიციუმის კარბიდის მასალის მხოლოდ 1/8.
გაფართოება
ვინაიდან სილიციუმის კარბიდის მასალას არ შეუძლია ელექტრო მოწყობილობების დამზადება პირდაპირ სუბსტრატზე, საჭიროა სხვადასხვა მოწყობილობები გაფართოების ფენაზე.
ამიტომ, სუბსტრატის დამზადების დასრულების შემდეგ, გაფართოების პროცესის მეშვეობით სუბსტრატზე იზრდება სპეციფიკური ერთკრისტალური თხელი ფილმი.
ამჟამად ძირითადად გამოიყენება ქიმიური გაზის დეპონირების მეთოდი (CVD).
დიზაინი
სუბსტრატის დამზადების შემდეგ ის გადადის პროდუქტის დიზაინის ეტაპზე.
MOSFET-ისთვის, დიზაინის პროცესის აქცენტი არის ღარის დიზაინი,ერთის მხრივ პატენტის დარღვევის თავიდან ასაცილებლად(Infineon, Rohm, ST და ა.შ. აქვთ პატენტის განლაგება), ხოლო მეორეს მხრივდააკმაყოფილოს წარმოება და წარმოების ხარჯები.
ვაფლის დამზადება
პროდუქტის დიზაინის დასრულების შემდეგ, ის გადადის ვაფლის წარმოების ეტაპზე,და პროცესი დაახლოებით სილიკონის მსგავსია, რომელსაც ძირითადად შემდეგი 5 საფეხური აქვს.
☆ ნაბიჯი 1: ნიღბის ინექცია
მზადდება სილიციუმის ოქსიდის (SiO2) ფირის ფენა, ფოტორეზისტი დაფარულია, ფოტორეზისტული ნიმუში იქმნება ჰომოგენიზაციის, ექსპოზიციის, განვითარების და ა.შ. საფეხურებით და ფიგურა ოქსიდის ფილაზე გადადის ოქსიდის პროცესში.
☆ ნაბიჯი 2: იონის იმპლანტაცია
ნიღბიანი სილიციუმის კარბიდის ვაფლი მოთავსებულია იონურ იმპლანტანტში, სადაც ალუმინის იონები შეჰყავთ P-ტიპის დოპინგ ზონის ფორმირებისთვის და ანელდება იმპლანტირებული ალუმინის იონების გასააქტიურებლად.
ოქსიდის ფილმი ამოღებულია, აზოტის იონები შეჰყავთ P-ტიპის დოპინგის რეგიონის სპეციფიკურ რეგიონში, რათა ჩამოყალიბდეს დრენაჟისა და წყაროს N- ტიპის გამტარი რეგიონი, და იმპლანტირებული აზოტის იონები ადუღდება მათ გასააქტიურებლად.
☆ ნაბიჯი 3: გააკეთე ბადე
გააკეთეთ ბადე.წყაროსა და დრენაჟს შორის მიდამოში, კარიბჭის ოქსიდის ფენა მზადდება მაღალი ტემპერატურის ჟანგვის პროცესით, ხოლო კარიბჭის ელექტროდის ფენა დეპონირებულია კარიბჭის კონტროლის სტრუქტურის შესაქმნელად.
☆ ნაბიჯი 4: პასივაციის ფენების დამზადება
მზადდება პასივაციის ფენა.მოათავსეთ პასივაციის ფენა კარგი საიზოლაციო მახასიათებლებით, რათა თავიდან აიცილოთ ინტერელექტროდის დაშლა.
☆ ნაბიჯი 5: გააკეთეთ გადინების წყაროს ელექტროდები
გააკეთეთ სანიაღვრე და წყარო.პასივაციის ფენა პერფორირებულია და ლითონი იშლება დრენაჟისა და წყაროს შესაქმნელად.
ფოტო წყარო: Xinxi Capital
მიუხედავად იმისა, რომ პროცესის დონესა და სილიკონზე დაფუძნებულს შორის მცირე განსხვავებაა, სილიციუმის კარბიდის მასალების მახასიათებლების გამო,იონის იმპლანტაცია და ანილირება უნდა განხორციელდეს მაღალი ტემპერატურის გარემოში(1600 ° C-მდე), მაღალი ტემპერატურა გავლენას მოახდენს თავად მასალის გისოსების სტრუქტურაზე და სირთულე ასევე იმოქმედებს მოსავლიანობაზე.
გარდა ამისა, MOSFET კომპონენტებისთვის,კარიბჭის ჟანგბადის ხარისხი პირდაპირ გავლენას ახდენს არხის მობილურობაზე და კარიბჭის საიმედოობაზე, რადგან სილიციუმის კარბიდის მასალაში არის ორი სახის სილიციუმის და ნახშირბადის ატომები.
აქედან გამომდინარე, საჭიროა კარიბჭის საშუალო ზრდის სპეციალური მეთოდი (კიდევ ერთი წერტილი არის ის, რომ სილიციუმის კარბიდის ფურცელი გამჭვირვალეა და ფოტოლითოგრაფიის ეტაპზე პოზიციის გასწორება რთულია სილიკონის მიმართ).
ვაფლის წარმოების დასრულების შემდეგ, ინდივიდუალური ჩიპი იჭრება შიშველ ჩიპად და შეიძლება შეფუთული იყოს დანიშნულების მიხედვით.დისკრეტული მოწყობილობების საერთო პროცესია TO პაკეტი.
650V CoolSiC™ MOSFET-ები TO-247 პაკეტში
ფოტო: Infineon
საავტომობილო სფეროს აქვს მაღალი სიმძლავრის და სითბოს გაფრქვევის მოთხოვნები და ზოგჯერ საჭიროა უშუალოდ ხიდის სქემების აშენება (ნახევარი ხიდი ან სრული ხიდი, ან პირდაპირ შეფუთული დიოდებით).
ამიტომ, ის ხშირად შეფუთულია პირდაპირ მოდულებში ან სისტემებში.ერთ მოდულში შეფუთული ჩიპების რაოდენობის მიხედვით, საერთო ფორმაა 1 1-ში (BorgWarner), 6 in 1 (Infineon) და ა.შ. და ზოგიერთი კომპანია იყენებს ერთ მილის პარალელურ სქემას.
Borgwarner Viper
მხარს უჭერს ორმხრივ წყლის გაგრილებას და SiC-MOSFET-ს
Infineon CoolSiC™ MOSFET მოდულები
სილიკონისგან განსხვავებით,სილიციუმის კარბიდის მოდულები მუშაობენ უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, დაახლოებით 200 ° C.
ტრადიციული რბილი შედუღების ტემპერატურა დნობის წერტილის ტემპერატურა დაბალია, ვერ აკმაყოფილებს ტემპერატურის მოთხოვნებს.ამიტომ, სილიციუმის კარბიდის მოდულები ხშირად იყენებენ დაბალი ტემპერატურის ვერცხლის შედუღების შედუღების პროცესს.
მოდულის დასრულების შემდეგ, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნაწილების სისტემაზე.
Tesla Model3 ძრავის კონტროლერი
შიშველი ჩიპი მოდის ST-ისგან, თვითგანვითარებული პაკეტიდან და ელექტროძრავის სისტემიდან
☆02 SiC-ის განაცხადის სტატუსი?
საავტომობილო სფეროში, ელექტრო მოწყობილობები ძირითადად გამოიყენებაDCDC, OBC, ძრავის ინვერტორები, ელექტრო კონდიცირების ინვერტორები, უკაბელო დამუხტვა და სხვა ნაწილებირომლებიც საჭიროებენ AC/DC სწრაფ კონვერტაციას (DCDC ძირითადად მოქმედებს როგორც სწრაფი გადამრთველი).
ფოტო: BorgWarner
სილიკონზე დაფუძნებულ მასალებთან შედარებით, SIC მასალებს უფრო მაღალი აქვთკრიტიკული ზვავის ავარიის ველის სიძლიერე(3×106V/სმ),უკეთესი თბოგამტარობა(49W/mK) დაუფრო ფართო ზოლის უფსკრული(3.26eV).
რაც უფრო ფართოა ზოლის უფსკრული, მით უფრო მცირეა გაჟონვის დენი და უფრო მაღალია ეფექტურობა.რაც უფრო კარგია თბოგამტარობა, მით უფრო მაღალია დენის სიმკვრივე.რაც უფრო ძლიერია ზვავის ავარიის კრიტიკული ველი, შეიძლება გაუმჯობესდეს მოწყობილობის ძაბვის წინააღმდეგობა.
ამიტომ, ბორტზე მაღალი ძაბვის სფეროში, MOSFET-ები და SBD, რომლებიც მომზადებულია სილიციუმის კარბიდის მასალებით, არსებული სილიკონზე დაფუძნებული IGBT და FRD კომბინაციის ჩასანაცვლებლად, შეუძლიათ ეფექტურად გააუმჯობესონ სიმძლავრე და ეფექტურობა.განსაკუთრებით მაღალი სიხშირის გამოყენების სცენარებში გადართვის დანაკარგების შესამცირებლად.
ამჟამად, დიდი ალბათობით მიიღწევა ფართომასშტაბიანი აპლიკაციები ძრავის ინვერტორებში, რასაც მოჰყვება OBC და DCDC.
800 ვ ძაბვის პლატფორმა
800 ვ ძაბვის პლატფორმაში, მაღალი სიხშირის უპირატესობა საწარმოებს უფრო მიდრეკილს ხდის SiC-MOSFET გადაწყვეტის არჩევისკენ.აქედან გამომდინარე, უმეტესობა მიმდინარე 800V ელექტრონული კონტროლის დაგეგმვის SiC-MOSFET.
პლატფორმის დონის დაგეგმვა მოიცავსთანამედროვე E-GMP, GM Otenergy – პიკაპის ველი, Porsche PPE და Tesla EPA.გარდა Porsche PPE პლატფორმის მოდელებისა, რომლებიც ცალსახად არ ატარებენ SiC-MOSFET-ს (პირველი მოდელი არის სილიციუმზე დაფუძნებული IGBT), ავტომობილების სხვა პლატფორმები იყენებენ SiC-MOSFET სქემებს.
უნივერსალური ულტრა ენერგეტიკული პლატფორმა
800V მოდელის დაგეგმვა უფრო მეტია,Great Wall Salon ბრენდი Jiagirong, Beiqi pole Fox S HI ვერსია, იდეალური მანქანა S01 და W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11-მა განაცხადა, რომ ის განახორციელებს 800V პლატფორმას, გარდა BYD, Lantu, GAC'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen-მა ასევე განაცხადა 800V ტექნოლოგია კვლევაში.
Tier1 მომწოდებლების მიერ მიღებული 800V შეკვეთების სიტუაციიდან,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics და Huichuanყველა გამოცხადებული 800 ვ ელექტროძრავის შეკვეთა.
400 ვ ძაბვის პლატფორმა
400 ვ ძაბვის პლატფორმაში SiC-MOSFET ძირითადად გათვალისწინებულია მაღალი სიმძლავრის და სიმძლავრის სიმკვრივისა და მაღალი ეფექტურობის გათვალისწინებით.
როგორიც არის Tesla Model 3\Y ძრავა, რომელიც ახლა მასობრივად არის წარმოებული, BYD Hanhou ძრავის პიკური სიმძლავრე არის დაახლოებით 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO ასევე გამოიყენებს SiC-MOSFET პროდუქტებს ET7-დან დაწყებული. და ET5, რომელიც მოგვიანებით იქნება ჩამოთვლილი.პიკური სიმძლავრეა 240 კვტ (ET5 210 კვტ).
გარდა ამისა, მაღალი ეფექტურობის თვალსაზრისით, ზოგიერთი საწარმო ასევე იკვლევს SiC-MOSFET პროდუქტების დამხმარე დატბორვის შესაძლებლობას.
გამოქვეყნების დრო: ივლის-08-2023