Krahasuar me gjysmëpërçuesit e fuqisë me bazë silikoni, gjysmëpërçuesit e fuqisë SiC (karabit 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 gjithashtu të nxjerrin produkte të karabit të silikonit.
SiC është kaq "e mahnitshme", si u krijua?Cilat janë aplikimet tani?Le të shohim!
01 ☆ Lindja e një SiC
Ashtu si gjysmëpërçuesit e tjerë të energjisë, zinxhiri i industrisë SiC-MOSFET përfshinlidhja e gjatë kristal – substrat – epitaksi – dizajn – prodhim – ambalazhim.
Kristal i gjatë
Gjatë lidhjes së gjatë kristalore, ndryshe nga përgatitja e metodës Tira e përdorur nga silikoni me një kristal, karabidi i silikonit përdor kryesisht metodën e transportit fizik të gazit (PVT, i njohur gjithashtu si metoda e përmirësuar Lly ose e sublimimit të kristalit të farës), metodën e depozitimit kimik të gazit me temperaturë të lartë (HTCVD ) suplemente.
☆ Hapi kryesor
1. Lëndë e parë e ngurtë karbonike;
2. Pas ngrohjes, trupi i ngurtë i karabit bëhet gaz;
3. Lëvizja e gazit në sipërfaqen e kristalit të farës;
4. Gazi rritet në sipërfaqen e kristalit të farës në një kristal.
Burimi i figurës: "Pika teknike për çmontimin e karbitit të silikonit të rritjes 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 gazit me bazë karboni rritet mbi 2300 ° C dhe presioni është 350 MPa.E gjithë kutia e errët kryhet dhe është e lehtë të përzihet në papastërti.Rendimenti është më i ulët se baza e silikonit.Sa më i madh të jetë 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/h dhe mund të rritet 2 cm në 7 ditë.Maksimumi mund të rritet vetëm 3-5 cm, dhe diametri i shufrës së kristalit 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 8 inç për 12 inç.Prandaj, karbidi i silikonit shpesh quhet shufër kristal, dhe silikoni bëhet një shkop kristali.
Shufra kristal silikoni karabit
Substrati
Pasi kristali i gjatë është përfunduar, ai hyn në procesin e prodhimit të nënshtresës.
Pas prerjes së synuar, bluarjes (bluarje e ashpër, bluarje e imët), lustrim (lustrim mekanik), lustrim ultra preciz (lustrim mekanik kimik), fitohet nënshtresa e karbitit të silikonit.
Nënshtresa kryesisht luanroli i mbështetjes fizike, përçueshmëria termike dhe përçueshmëria.Vështirësia e përpunimit është se materiali i karbitit të silikonit është i lartë, krokant dhe i qëndrueshëm në vetitë kimike.Prandaj, metodat tradicionale të përpunimit me bazë silikoni nuk janë të përshtatshme për nënshtresën e karbitit të silikonit.
Cilësia e efektit të prerjes ndikon drejtpërdrejt në performancën dhe efikasitetin (kosto) e përdorimit të produkteve të karbitit të silikonit, kështu që kërkohet të jetë i vogël, trashësi uniforme dhe prerje e ulët.
Aktualisht,4-inç dhe 6-inç përdor kryesisht pajisje prerëse me shumë linja,prerja e kristaleve të silikonit në feta të holla me trashësi jo më shumë se 1 mm.
Diagrami skematik i prerjes me shumë vija
Në të ardhmen, me rritjen e madhësisë së vaferave të silikonit të karbonizuar, rritja e kërkesave për shfrytëzimin e materialit do të rritet dhe teknologjitë si prerja me lazer dhe ndarja e ftohtë do të aplikohen gjithashtu gradualisht.
Në vitin 2018, Infineon bleu Siltectra GmbH, e cila zhvilloi një proces inovativ të njohur si plasaritja e ftohtë.
Krahasuar me humbjen tradicionale të procesit të prerjes me shumë tela prej 1/4,procesi i plasaritjes së ftohtë humbi vetëm 1/8 e materialit të karbitit të silikonit.
Zgjerim
Meqenëse materiali i karbitit të silikonit nuk mund të prodhojë pajisje të energjisë direkt në nënshtresë, nevojiten pajisje të ndryshme në shtresën zgjatuese.
Prandaj, pasi të ketë përfunduar prodhimi i nënshtresës, një shtresë specifike e hollë me një kristal rritet në nënshtresë përmes procesit të zgjatimit.
Aktualisht, përdoret kryesisht metoda e depozitimit të gazit kimik (CVD).
Dizajn
Pasi të jetë bërë nënshtresa, ajo hyn në fazën e projektimit të produktit.
Për MOSFET, fokusi i procesit të projektimit është dizajni i brazdës,nga njëra anë për të shmangur shkeljen e patentave(Infineon, Rohm, ST, etj., kanë paraqitjen e patentave), dhe nga ana tjetër tëplotësojnë prodhueshmërinë dhe kostot e prodhimit.
Prodhimi i meshës
Pas përfundimit të dizajnit të produktit, ai hyn në fazën e prodhimit të meshës,dhe procesi është afërsisht i ngjashëm me atë të silikonit, i cili kryesisht ka 5 hapat e mëposhtëm.
☆Hapi 1: Injektoni maskën
Bëhet një shtresë e filmit të oksidit të silikonit (SiO2), fotorezisti është i veshur, modeli i fotorezistit formohet përmes hapave të homogjenizimit, ekspozimit, zhvillimit, etj., dhe figura transferohet në filmin oksid përmes procesit të gravurës.
☆Hapi 2: Implantimi i joneve
Vaferi i maskuar i karbitit të silikonit vendoset në një implantues jonesh, ku jonet e aluminit injektohen për të formuar një zonë dopingu të tipit P dhe pjekja për të aktivizuar jonet e implantuara të aluminit.
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 kullimit dhe burimit, dhe jonet e implantuara të azotit kalohen për t'i aktivizuar ato.
☆Hapi 3: Krijoni rrjetën
Bëni rrjetin.Në zonën midis burimit dhe kullimit, shtresa e oksidit të portës përgatitet nga procesi i oksidimit me temperaturë të lartë dhe shtresa e elektrodës së portës depozitohet për të formuar strukturën e kontrollit të portës.
☆Hapi 4: Krijimi i shtresave pasivizuese
Është bërë shtresa pasivuese.Depozoni një shtresë pasivimi me karakteristika të mira izolimi për të parandaluar prishjen e ndërelektrodave.
☆Hapi 5: Bëni elektroda me burim kullimi
Bëni kullimin dhe burimin.Shtresa e pasivimit është e shpuar dhe metali spërkat për të formuar një kullues dhe një burim.
Burimi i Fotos: Xinxi Capital
Megjithëse ka pak ndryshim midis nivelit të procesit dhe bazës së silikonit, për shkak të karakteristikave të materialeve të karabit të silikonit,implantimi dhe pjekja e joneve duhet të kryhen në një mjedis me temperaturë të lartë(deri në 1600 ° C), temperatura e lartë do të ndikojë në strukturën grilë të vetë materialit, dhe vështirësia do të ndikojë gjithashtu në rendimentin.
Përveç kësaj, për komponentët MOSFET,cilësia e oksigjenit të portës ndikon drejtpërdrejt në lëvizshmërinë e kanalit dhe besueshmërinë e portës, sepse ka dy lloje të atomeve të silikonit dhe karbonit në materialin karabit të silikonit.
Prandaj, kërkohet një metodë e veçantë e rritjes së mediumit të portës (një pikë tjetër është se fleta e karbitit të silikonit është transparente dhe shtrirja e pozicionit në fazën e fotolitografisë është e vështirë për t'u silikonuar).
Pasi të përfundojë prodhimi i vaferës, çipi individual pritet në një çip të zhveshur dhe mund të paketohet sipas qëllimit.Procesi i zakonshëm për pajisjet diskrete është paketa TO.
MOSFET 650V CoolSiC™ në paketimin TO-247
Foto: Infineon
Fusha e automobilave ka kërkesa të larta për fuqi dhe shpërndarje të nxehtësisë, dhe ndonjëherë është e nevojshme të ndërtohen drejtpërdrejt qarqet e urës (gjysmë urë ose urë e plotë, ose të paketuara drejtpërdrejt me dioda).
Prandaj, shpesh paketohet drejtpërdrejt 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.
Borgwarner Viper
Mbështet ftohjen e ujit të dyanshëm dhe SiC-MOSFET
Modulet Infineon CoolSiC™ MOSFET
Ndryshe nga silikoni,Modulet e karbitit të silikonit funksionojnë në një temperaturë më të lartë, rreth 200 ° C.
Temperatura tradicionale e butë e saldimit, temperatura e pikës së shkrirjes është e ulët, nuk mund të plotësojë kërkesat e temperaturës.Prandaj, modulet e karbitit të silikonit shpesh përdorin procesin e saldimit të sinterimit të argjendit në temperaturë të ulët.
Pas përfundimit të modulit, ai mund të aplikohet në sistemin e pjesëve.
Kontrolluesi i motorit Tesla Model3
Çipi i zhveshur vjen nga ST, një paketë e zhvilluar vetë dhe sistemi i lëvizjes elektrike
☆02 Statusi i aplikimit të SiC?
Në fushën e automobilave, pajisjet e energjisë përdoren kryesisht nëDCDC, OBC, inverter motorik, inverter elektrik te klimatizimit, karikim pa tela dhe pjese te tjeraqë kërkojnë konvertim të shpejtë AC/DC (DCDC kryesisht vepron si një ndërprerës i shpejtë).
Foto: BorgWarner
Krahasuar me materialet me bazë silikoni, materialet SIC janë më të lartaforca kritike e fushës së prishjes së ortekëve(3×106V/cm),përçueshmëri më e mirë termike(49W/mK) dhehendek më i gjerë brezi(3.26eV).
Sa më i gjerë të jetë hendeku i brezit, aq më i vogël është rryma e rrjedhjes dhe aq më i lartë është efikasiteti.Sa më e mirë të jetë përçueshmëria termike, aq më e lartë është densiteti i rrymës.Sa më e fortë të jetë fusha kritike e prishjes së ortekëve, rezistenca e tensionit të pajisjes mund të përmirësohet.
Prandaj, në fushën e tensionit të lartë në bord, MOSFET dhe SBD të përgatitura nga materiale karabit silikoni për të zëvendësuar kombinimin ekzistues të bazuar në silikon IGBT dhe FRD mund të përmirësojnë në mënyrë efektive fuqinë dhe efikasitetin,sidomos në skenarët e aplikimit me frekuencë të lartë për të reduktuar humbjet në komutim.
Aktualisht, ka më shumë gjasa të arrihen aplikime në shkallë të gjerë në inverterët e motorëve, të ndjekur nga OBC dhe DCDC.
Platforma e tensionit 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 sistemeve aktuale të kontrollit elektronik 800V SiC-MOSFET.
Planifikimi në nivel platforme përfshinE-GMP moderne, GM Otenergy – fushë marrjeje, Porsche PPE dhe Tesla EPA.Përveç modeleve të platformës Porsche PPE që nuk mbajnë në mënyrë eksplicite SiC-MOSFET (modeli i parë është IGBT i bazuar në silicë), platformat e tjera të automjeteve miratojnë skemat SiC-MOSFET.
Platforma Universale e energjisë Ultra
Planifikimi i modelit 800V është më shumë,marka e Great Wall Salon Jiagirong, 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 teknologjinë 800V në kërkim.
Nga situata e porosive 800V të marra nga furnizuesit e Tier1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics dhe Huichuantë gjitha porositë e shpallura me makinë elektrike 800 V.
Platforma e tensionit 400V
Në platformën e tensionit 400V, SiC-MOSFET është kryesisht në konsideratë të fuqisë së lartë dhe densitetit të fuqisë dhe efikasitetit të lartë.
Si motori Tesla Model 3\Y që është prodhuar në masë tani, fuqia maksimale e motorit BYD Hanhou është rreth 200 Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO do të përdorë gjithashtu produkte SiC-MOSFET duke filluar nga ET7 dhe ET5 që do të renditet më vonë.Fuqia maksimale është 240 Kw (ET5 210 Kw).
Përveç kësaj, nga këndvështrimi i efikasitetit të lartë, disa ndërmarrje po eksplorojnë gjithashtu mundësinë e produkteve ndihmëse të përmbytjes SiC-MOSFET.
Koha e postimit: Korrik-08-2023