Dibandhingake karo semikonduktor daya basis silikon, SiC (silikon karbida) semikonduktor daya duwe kaluwihan pinunjul ing frekuensi ngoper, mundhut, boros panas, miniaturization, etc.
Kanthi produksi inverter silikon karbida kanthi skala gedhe dening Tesla, luwih akeh perusahaan uga wis miwiti ngasilake produk silikon karbida.
SiC pancen "nggumunake", kepiye carane digawe?Apa aplikasi saiki?Ayo ndeleng!
01 ☆ Lair saka SiC
Kaya semikonduktor daya liyane, chain industri SiC-MOSFET kalebukristal dawa - substrat - epitaxy - desain - manufaktur - link packaging.
Kristal dawa
Sajrone link kristal sing dawa, ora kaya persiapan metode Tira sing digunakake dening silikon kristal tunggal, silikon karbida utamane nggunakake metode transportasi gas fisik (PVT, uga dikenal minangka metode sublimasi kristal Lly utawa wiji), metode deposisi gas kimia suhu dhuwur (HTCVD). ) suplemen.
☆ Langkah inti
1. Bahan mentahan padat karbonik;
2. Sawise dadi panas, padhet karbida dadi gas;
3. Gas pindhah menyang permukaan kristal wiji;
4. Gas tuwuh ing lumahing kristal wiji dadi kristal.
Sumber gambar: "Titik Teknis kanggo mbongkar karbida silikon pertumbuhan PVT"
Kerajinan sing beda-beda nyebabake rong kerugian utama dibandhingake karo basis silikon:
Kaping pisanan, produksi angel lan asile kurang.Suhu fase gas adhedhasar karbon mundhak ndhuwur 2300 ° C lan tekanan 350MPa.Kothak peteng kabeh ditindakake, lan gampang dicampur dadi impurities.Ngasilake luwih murah tinimbang basis silikon.Sing luwih gedhe diametere, sing luwih murah ngasilake.
Kapindho wutah alon.Pamrentahan metode PVT alon banget, kacepetan kira-kira 0.3-0.5mm / jam, lan bisa tuwuh 2cm sajrone 7 dina.Maksimum mung bisa tuwuh 3-5cm, lan diameter ingot kristal biasane 4 inci lan 6 inci.
72H basis Silicon bisa tuwuh nganti dhuwur 2-3m, kanthi diameter biasane 6 inci lan kapasitas produksi anyar 8 inci kanggo 12 inci.Mulane, silikon karbida asring diarani ingot kristal, lan silikon dadi tongkat kristal.
Ingot kristal silikon karbida
Substrat
Sawise kristal dawa rampung, mlebu ing proses produksi substrat.
Sawise nglereni diangkah, mecah (gilingan kasar, grinding nggoleki), polishing (polishing mekanik), polishing ultra-presisi (polishing mekanik kimia), substrat silikon karbida dipikolehi.
Substrat utamane mainperan dhukungan fisik, konduktivitas termal lan konduktivitas.Kangelan pangolahan yaiku bahan silikon karbida dhuwur, renyah, lan stabil ing sifat kimia.Mulane, cara pangolahan basis silikon tradisional ora cocog kanggo substrat silikon karbida.
Kualitas efek nglereni langsung mengaruhi kinerja lan efisiensi pemanfaatan (biaya) produk silikon karbida, mula kudu cilik, ketebalan seragam, lan pemotongan sing sithik.
Ing saiki,4-inch lan 6-inch utamané nggunakake peralatan nglereni multi-line,nglereni kristal silikon dadi irisan tipis kanthi kekandelan ora luwih saka 1mm.
Multi-line cutting schematic diagram
Ing mangsa ngarep, kanthi nambah ukuran wafer silikon karbonisasi, paningkatan syarat panggunaan materi bakal saya tambah, lan teknologi kayata ngiris laser lan pamisahan kadhemen uga bakal ditrapake kanthi bertahap.
Ing taun 2018, Infineon entuk Siltectra GmbH, sing ngembangake proses inovatif sing dikenal minangka cracking kadhemen.
Dibandhingake karo proses nglereni multi-kabel tradisional mundhut 1/4,proses cracking kadhemen mung ilang 1/8 saka materi silikon karbida.
Ekstensi
Amarga bahan karbida silikon ora bisa nggawe piranti listrik langsung ing substrat, macem-macem piranti dibutuhake ing lapisan ekstensi.
Mulane, sawise produksi landasan rampung, film tipis kristal tunggal tartamtu ditanam ing landasan liwat proses extension.
Saiki, proses deposisi gas kimia (CVD) utamane digunakake.
Desain
Sawise substrat digawe, mlebu ing tahap desain produk.
Kanggo MOSFET, fokus proses desain yaiku desain alur,ing tangan siji kanggo ngindhari pelanggaran paten(Infineon, Rohm, ST, etc., duwe tata paten), lan ing tangan liyane kanggonyukupi biaya manufaktur lan manufaktur.
Pabrikan wafer
Sawise desain produk rampung, mlebu ing tahap manufaktur wafer,lan prosese kira-kira padha karo silikon, sing utamane nduweni 5 langkah ing ngisor iki.
☆Langkah 1: Nyuntikake topeng
Lapisan film silikon oksida (SiO2) digawe, photoresist dilapisi, pola photoresist dibentuk liwat langkah-langkah homogenisasi, cahya, pangembangan, lan liya-liyane, lan tokoh kasebut ditransfer menyang film oksida liwat proses etsa.
☆ Langkah 2: implantasi ion
Wafer silikon karbida masked diselehake menyang implanter ion, ing ngendi ion aluminium disuntikake kanggo mbentuk zona doping P-jinis, lan anil kanggo ngaktifake ion aluminium sing ditanem.
Film oksida dibusak, ion nitrogen disuntikake menyang wilayah tartamtu saka wilayah doping P-jinis kanggo mbentuk wilayah konduktif N-jinis saka saluran lan sumber, lan ion nitrogen implanted sing anil kanggo ngaktifake.
☆ Langkah 3: Nggawe kothak
Nggawe kothak.Ing area antarane sumber lan saluran, lapisan oksida gapura disiapake kanthi proses oksidasi suhu dhuwur, lan lapisan elektroda gapura disimpen kanggo mbentuk struktur kontrol gerbang.
☆ Langkah 4: Nggawe lapisan passivation
Lapisan passivation digawe.Simpenan lapisan passivation karo ciri jampel apik kanggo nyegah interelectrode risak.
☆ Langkah 5: Nggawe elektroda sumber saluran
Nggawe saluran lan sumber.Lapisan passivation wis perforated lan logam sputtered kanggo mbentuk saluran lan sumber.
Sumber Foto: Xinxi Capital
Sanajan ana bedane sethithik antarane tingkat proses lan adhedhasar silikon, amarga karakteristik bahan karbida silikon,implantasi ion lan anil kudu ditindakake ing lingkungan suhu dhuwur(nganti 1600 ° C), suhu dhuwur bakal mengaruhi struktur kisi saka materi dhewe, lan kangelan uga bakal mengaruhi asil.
Kajaba iku, kanggo komponen MOSFET,kualitas oksigen gapura langsung mengaruhi mobilitas saluran lan linuwih gapura, amarga ana rong jinis silikon lan atom karbon ing bahan silikon karbida.
Mulane, metode pertumbuhan medium gapura khusus dibutuhake (titik liyane yaiku lembaran karbida silikon transparan, lan keselarasan posisi ing tataran photolithography angel silikon).
Sawise manufaktur wafer rampung, chip individu dipotong dadi chip kosong lan bisa dikemas miturut tujuane.Proses umum kanggo piranti diskrèt yaiku paket TO.
MOSFET CoolSiC™ 650V ing paket TO-247
Foto: Infineon
Bidang otomotif nduweni syarat daya lan boros panas sing dhuwur, lan kadhangkala perlu langsung mbangun sirkuit jembatan (setengah jembatan utawa jembatan lengkap, utawa langsung dikemas nganggo dioda).
Mulane, asring dikemas langsung menyang modul utawa sistem.Miturut nomer Kripik rangkep ing modul siji, wangun umum 1 ing 1 (BorgWarner), 6 ing 1 (Infineon), etc., lan sawetara perusahaan nggunakake rencana podo siji-tabung.
Borgwarner Viper
Ndhukung cooling banyu pindho sisi lan SiC-MOSFET
Modul MOSFET Infineon CoolSiC™
Beda karo silikon,modul silikon karbida beroperasi ing suhu sing luwih dhuwur, kira-kira 200 ° C.
Suhu solder alus tradisional suhu titik leleh kurang, ora bisa nyukupi syarat suhu.Mulane, modul silikon karbida asring nggunakake proses welding sintering perak suhu rendah.
Sawise modul rampung, bisa ditrapake ing sistem bagean.
Pengontrol motor Tesla Model3
Chip gundhul asalé saka ST, paket poto-dikembangaké lan sistem drive elektrik
☆02 Status aplikasi SiC?
Ing bidang otomotif, piranti listrik utamane digunakake ingDCDC, OBC, inverter motor, inverter AC listrik, pangisi daya nirkabel lan bagean liyanesing mbutuhake AC / DC konversi cepet (DCDC utamané tumindak minangka ngalih cepet).
Foto: BorgWarner
Dibandhingake karo bahan basis silikon, bahan SIC luwih dhuwurkekuatan lapangan risak longsor kritis(3×106V/cm),konduktivitas termal sing luwih apik(49W/mK) lanlongkangan band luwih amba(3.26eV).
Sing luwih jembar jurang band, luwih cilik arus bocor lan efisiensi sing luwih dhuwur.Sing luwih apik konduktivitas termal, sing luwih dhuwur Kapadhetan saiki.Sing kuwat kolom risak longsor kritis punika, resistance voltase piranti bisa apik.
Mulane, ing lapangan voltase dhuwur ing papan, MOSFET lan SBD sing disiapake dening bahan karbida silikon kanggo ngganti kombinasi IGBT lan FRD adhedhasar silikon sing ana bisa kanthi efektif ningkatake daya lan efisiensi,utamané ing skenario aplikasi frekuensi dhuwur kanggo ngurangi losses ngoper.
Ing saiki, iku paling kamungkinan kanggo entuk aplikasi gedhe-ukuran ing inverter motor, ngiring dening OBC lan DCDC.
platform voltase 800V
Ing platform voltase 800V, kauntungan frekuensi dhuwur ndadekake perusahaan luwih cenderung milih solusi SiC-MOSFET.Mulane, paling saka 800V saiki kontrol elektronik planning SiC-MOSFET.
Perencanaan tingkat platform kalebuE-GMP modern, GM Otenergy - lapangan pickup, Porsche PPE, lan Tesla EPA.Kajaba model platform PPE Porsche sing ora nganggo SiC-MOSFET kanthi jelas (model pertama yaiku IGBT berbasis silika), platform kendaraan liyane nganggo skema SiC-MOSFET.
Platform energi Ultra Universal
Perencanaan model 800V luwih akeh,merek Salon Tembok Besar Jiagirong, Beiqi pole Fox S HI versi, mobil ideal S01 lan W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 ngandika sing bakal nindakake platform 800V, saliyane BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, nul Run, FAW Red Flag, Volkswagen uga ngandika teknologi 800V ing riset.
Saka kahanan pesenan 800V sing dipikolehi dening pemasok Tier1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, lan Huichuankabeh announced 800V pesenan drive elektrik.
platform voltase 400V
Ing platform voltase 400V, SiC-MOSFET utamané ing pertimbangan daya dhuwur lan Kapadhetan daya lan efficiency dhuwur.
Kayata motor Tesla Model 3\Y sing saiki wis diprodhuksi massal, daya puncak motor BYD Hanhou kira-kira 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO uga bakal nggunakake produk SiC-MOSFET wiwit saka ET7 lan ET5 sing bakal kadhaptar mengko.Daya puncak yaiku 240Kw (ET5 210Kw).
Kajaba iku, saka perspektif efisiensi dhuwur, sawetara perusahaan uga njelajah kemungkinan produk SiC-MOSFET banjir tambahan.
Wektu kirim: Jul-08-2023