Krahasuar me gjysmëpërçuesit e fuqisë me bazë silikoni, gjysmëpërçuesit e fuqisë SiC (karbit silikoni) kanë përparësi të konsiderueshme në frekuencën e ndërrimit, humbjen, shpërndarjen e nxehtësisë, miniaturizimin, etj.
Me prodhimin në shkallë të gjerë të invertorëve të karabit të silikonit nga Tesla, më shumë kompani kanë filluar të furnizojnë produkte të karabit të silikonit.
SiC është kaq “i mrekullueshëm”, si u prodhua? Cilat janë aplikimet tani? Le ta shohim!
01 ☆ Lindja e një SiC
Ashtu si gjysmëpërçuesit e tjerë të fuqisë, zinxhiri industrial SiC-MOSFET përfshinlidhja kristali i gjatë – substrati – epitaksia – projektimi – prodhimi – paketimi.
Kristal i gjatë
Gjatë lidhjes së gjatë kristalore, ndryshe nga përgatitja e metodës Tira të përdorur nga silici monokristalor, karbidi i silicit kryesisht përdor metodën fizike të transportit të gazit (PVT, e njohur edhe si metoda e përmirësuar e sublimimit të kristalit të farës ose Lly), si dhe metodën e depozitimit kimik të gazit në temperaturë të lartë (HTCVD).
☆ Hapi kryesor
1. Lëndë e parë karbonike e ngurtë;
2. Pas ngrohjes, lënda e ngurtë e karbidit bëhet gaz;
3. Lëvizja e gazit në sipërfaqen e kristalit të farës;
4. Gazi rritet në sipërfaqen e kristalit të farës duke u shndërruar në një kristal.
Burimi i figurës: “Pikë Teknike për çmontimin e karabit të silikonit me rritje PVT”
Mjeshtëria e ndryshme ka shkaktuar dy disavantazhe të mëdha në krahasim me bazën e silikonit:
Së pari, prodhimi është i vështirë dhe rendimenti është i ulët.Temperatura e fazës së gaztë me bazë karboni rritet mbi 2300 ° C dhe presioni është 350 MPa. Kutia e errët është e mbuluar plotësisht dhe është e lehtë të përzihet me papastërtitë. Rendimenti është më i ulët se ai i bazës së silikonit. Sa më i madh diametri, aq më i ulët është rendimenti.
E dyta është rritja e ngadaltë.Qeverisja e metodës PVT është shumë e ngadaltë, shpejtësia është rreth 0.3-0.5 mm/orë, dhe mund të rritet 2 cm në 7 ditë. Maksimumi mund të rritet vetëm 3-5 cm, dhe diametri i shufrës kristalore është kryesisht 4 inç dhe 6 inç.
72H me bazë silikoni mund të rritet në një lartësi prej 2-3 m, me diametër kryesisht 6 inç dhe kapacitet të ri prodhimi prej 8 inçësh për 12 inç.Prandaj, karbidi i silikonit shpesh quhet shufër kristali, dhe silikoni bëhet një shkop kristali.
Lingota kristali silikoni karbid
Substrati
Pasi kristali i gjatë të jetë përfunduar, ai hyn në procesin e prodhimit të substratit.
Pas prerjes së synuar, bluarjes (bluarje e ashpër, bluarje e imët), lustrimit (lustrim mekanik), lustrimit me precizion ultra (lustrim kimik mekanik), përftohet substrati i karbidit të silicit.
Substrati luan kryesishtroli i mbështetjes fizike, përçueshmëria termike dhe përçueshmëria.Vështirësia e përpunimit qëndron në faktin se materiali i karbidit të silicit ka veti të larta, krokante dhe të qëndrueshme kimike. Prandaj, metodat tradicionale të përpunimit me bazë silici nuk janë të përshtatshme për substratin e karbidit të silicit.
Cilësia e efektit të prerjes ndikon drejtpërdrejt në performancën dhe efikasitetin e shfrytëzimit (koston) e produkteve të karabit të silikonit, prandaj kërkohet të jetë i vogël, me trashësi uniforme dhe me prerje të ulët.
Aktualisht,4-inç dhe 6-inç përdorin kryesisht pajisje prerëse me shumë vija,prerja e kristaleve të silikonit në feta të holla me trashësi jo më shumë se 1 mm.
Diagrami skematik i prerjes me shumë rreshta
Në të ardhmen, me rritjen e madhësisë së pllakave të silikonit të karbonizuar, do të rritet edhe rritja e kërkesave për shfrytëzimin e materialeve, dhe teknologji të tilla si prerja me lazer dhe ndarja në të ftohtë do të aplikohen gradualisht.
Në vitin 2018, Infineon bleu Siltectra GmbH, e cila zhvilloi një proces inovativ të njohur si kreking i ftohtë.
Krahasuar me procesin tradicional të prerjes me shumë tela, humbja prej 1/4,procesi i plasaritjes në të ftohtë humbi vetëm 1/8 e materialit të karbidit të silikonit.
Zgjerim
Meqenëse materiali i karbidit të silikonit nuk mund të prodhojë pajisje energjie direkt në substrat, kërkohen pajisje të ndryshme në shtresën e zgjatjes.
Prandaj, pasi të përfundojë prodhimi i substratit, një film i hollë specifik prej një kristali të vetëm rritet në substrat përmes procesit të zgjatjes.
Aktualisht, përdoret kryesisht procesi i depozitimit kimik të gazit (CVD).
Dizajn
Pasi të jetë bërë substrati, ai hyn në fazën e projektimit të produktit.
Për MOSFET-in, fokusi i procesit të projektimit është projektimi i brazdës,nga njëra anë për të shmangur shkeljen e patentës(Infineon, Rohm, ST, etj., kanë paraqitje të patentave), dhe nga ana tjetër për tëpërmbushin kostot e prodhimit dhe të prodhimit.
Prodhimi i pllakave të ngjirura
Pasi të përfundojë dizajni i produktit, ai hyn në fazën e prodhimit të pllakave të pllakës,dhe procesi është afërsisht i ngjashëm me atë të silikonit, i cili kryesisht ka 5 hapat e mëposhtëm.
☆Hapi 1: Injektoni maskën
Krijohet një shtresë filmi oksid silikoni (SiO2), veshet fotorezisti, modeli i fotorezistit formohet nëpërmjet hapave të homogjenizimit, ekspozimit, zhvillimit etj., dhe figura transferohet në filmin e oksidit nëpërmjet procesit të gdhendjes.
☆Hapi 2: Implantimi i jonit
Pllaka e maskuar e karbidit të silikonit vendoset në një implantues jonik, ku injektohen jonet e aluminit për të formuar një zonë dopingu të tipit P dhe nxehen për të aktivizuar jonet e aluminit të implantuar.
Filmi i oksidit hiqet, jonet e azotit injektohen në një rajon specifik të rajonit të dopingut të tipit P për të formuar një rajon përçues të tipit N të kulluesit dhe burimit, dhe jonet e azotit të implantuar kaliten për t'i aktivizuar ato.
☆Hapi 3: Bëni rrjetën
Ndërtoni rrjetën. Në zonën midis burimit dhe kulluesit, shtresa e oksidit të portës përgatitet me anë të procesit të oksidimit në temperaturë të lartë, dhe shtresa e elektrodës së portës depozitohet për të formuar strukturën e kontrollit të portës.
☆Hapi 4: Krijimi i shtresave të pasivizimit
Shtresa e pasivizimit është bërë. Vendosni një shtresë pasivizimi me karakteristika të mira izoluese për të parandaluar prishjen ndërelektrodike.
☆Hapi 5: Bëni elektroda burimi kullues
Bëni kulluesin dhe burimin. Shtresa e pasivizimit shpohet dhe metali spërkatet për të formuar një kullues dhe një burim.
Burimi i Fotos: Xinxi Capital
Edhe pse ka pak ndryshim midis nivelit të procesit dhe atij me bazë silikoni, për shkak të karakteristikave të materialeve të karabit të silikonit,implantimi dhe përpunimi i joneve duhet të kryhen në një mjedis me temperaturë të lartë(deri në 1600 ° C), temperatura e lartë do të ndikojë në strukturën e rrjetës së vetë materialit, dhe vështirësia do të ndikojë gjithashtu në rendimentin.
Përveç kësaj, për komponentët MOSFET,Cilësia e oksigjenit në portë ndikon drejtpërdrejt në lëvizshmërinë e kanalit dhe besueshmërinë e portës, sepse ekzistojnë dy lloje të atomeve të silicit dhe karbonit në materialin e karbidit të silicit.
Prandaj, kërkohet një metodë e veçantë e rritjes së mediumit të portës (një pikë tjetër është se fleta e karbidit të silikonit është transparente dhe shtrirja e pozicionit në fazën e fotolitografisë është e vështirë për t'u silikuar).
Pasi të përfundojë prodhimi i pllakës së paketimit, çipi individual pritet në një çip të zhveshur dhe mund të paketohet sipas qëllimit. Procesi i zakonshëm për pajisjet diskrete është paketimi TO.
MOSFET-e 650V CoolSiC™ në paketën TO-247
Foto: Infineon
Fusha e automobilave ka kërkesa të larta për shpërndarjen e energjisë dhe nxehtësisë, dhe nganjëherë është e nevojshme të ndërtohen drejtpërdrejt qarqe urash (gjysmë urë ose urë e plotë, ose të paketuara drejtpërdrejt me dioda).
Prandaj, shpesh paketohet direkt në module ose sisteme. Sipas numrit të çipave të paketuar në një modul të vetëm, forma e zakonshme është 1 në 1 (BorgWarner), 6 në 1 (Infineon), etj., dhe disa kompani përdorin një skemë paralele me një tub të vetëm.
Gjarpër i Borgwarnerit
Mbështet ftohjen e dyfishtë të ujit dhe SiC-MOSFET
Modulet Infineon CoolSiC™ MOSFET
Ndryshe nga silikoni,Modulet e karbidit të silikonit funksionojnë në një temperaturë më të lartë, rreth 200 ° C.
Temperatura tradicionale e saldimit të butë është e ulët, temperatura e shkrirjes nuk mund të përmbushë kërkesat e temperaturës. Prandaj, modulet e karabit të silikonit shpesh përdorin procesin e saldimit me argjend të sinteruar në temperaturë të ulët.
Pasi moduli të jetë përfunduar, ai mund të aplikohet në sistemin e pjesëve.
Kontrolluesi i motorit Tesla Model3
Çipi i zhveshur vjen nga ST, paketa e zhvilluar vetë dhe sistemi elektrik i drejtimit
☆02 Statusi i aplikimit të SiC?
Në fushën e automobilave, pajisjet e fuqisë përdoren kryesisht nëDCDC, OBC, invertorë motorësh, invertorë elektrikë të ajrit të kondicionuar, karikim pa tel dhe pjesë të tjeraqë kërkojnë konvertim të shpejtë AC/DC (DCDC vepron kryesisht si një ndërprerës i shpejtë).
Foto: BorgWarner
Krahasuar me materialet me bazë silikoni, materialet SIC kanë më shumëforca kritike e fushës së shpërbërjes së ortekëve(3×106V/cm),përçueshmëri më e mirë termike(49W/mK) dhehendek më i gjerë i brezit(3.26eV).
Sa më i gjerë të jetë boshllëku i brezit, aq më e vogël është rryma e rrjedhjes dhe aq më e lartë është efikasiteti. Sa më e mirë të jetë përçueshmëria termike, aq më e lartë është dendësia e rrymës. Sa më e fortë të jetë fusha kritike e prishjes së ortekut, aq më e mirë mund të jetë rezistenca e tensionit të pajisjes.
Prandaj, në fushën e tensionit të lartë në bord, MOSFET-et dhe SBD-të e përgatitura nga materiale karabit silikoni për të zëvendësuar kombinimin ekzistues IGBT dhe FRD me bazë silikoni mund të përmirësojnë në mënyrë efektive fuqinë dhe efikasitetin,veçanërisht në skenarët e aplikimit me frekuencë të lartë për të zvogëluar humbjet e ndërrimit.
Aktualisht, ka shumë të ngjarë të arrihen aplikime në shkallë të gjerë në invertorët e motorëve, të ndjekur nga OBC dhe DCDC.
Platformë me tension 800V
Në platformën e tensionit 800V, avantazhi i frekuencës së lartë i bën ndërmarrjet më të prirura për të zgjedhur zgjidhjen SiC-MOSFET. Prandaj, shumica e planifikimit aktual të kontrollit elektronik 800V përdorin SiC-MOSFET.
Planifikimi në nivel platforme përfshinE-GMP moderne, GM Otenergy – fushë kamionçine, Porsche PPE dhe Tesla EPA.Me përjashtim të modeleve të platformës Porsche PPE që nuk mbajnë në mënyrë të qartë SiC-MOSFET (modeli i parë është IGBT me bazë silici), platformat e tjera të automjeteve përdorin skemat SiC-MOSFET.
Platforma Universale Ultra e energjisë
Planifikimi i modelit 800V është më shumë,Marka Jiagirong e Great Wall Salon, versioni Beiqi pole Fox S HI, makina ideale S01 dhe W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 tha se do të mbajë platformën 800V, përveç BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen tha gjithashtu se teknologjia 800V është në kërkim.
Nga situata e porosive 800V të marra nga furnizuesit e Nivelit 1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics dhe Huichuantë gjitha porositë e njoftuara për motorë elektrikë 800V.
Platformë me tension 400V
Në platformën e tensionit 400V, SiC-MOSFET merret kryesisht parasysh fuqia dhe dendësia e lartë e fuqisë dhe efikasiteti i lartë.
Ashtu si motori Tesla Model 3\Y që është prodhuar në masë tani, fuqia maksimale e motorit BYD Hanhou është rreth 200 kW (Tesla 202 kW, 194 kW, 220 kW, BYD 180 kW), NIO do të përdorë gjithashtu produkte SiC-MOSFET duke filluar nga ET7 dhe ET5 që do të renditen më vonë. Fuqia maksimale është 240 kW (ET5 210 kW).
Përveç kësaj, nga perspektiva e efikasitetit të lartë, disa ndërmarrje po eksplorojnë gjithashtu fizibilitetin e produkteve ndihmëse SiC-MOSFET me përmbytje.
Koha e postimit: 08 korrik 2023
