Kompare kun silicio-bazitaj potencosemikonduktaĵoj, SiC (siliciokarbido) potencosemikonduktaĵoj havas signifajn avantaĝojn en ŝanĝfrekvenco, perdo, varmodissipado, miniaturigo, ktp.
Kun la grandskala produktado de silicikarburaj inversiloj de Tesla, pli da kompanioj ankaŭ komencis surterigi produktojn de silicikarbidoj.
SiC estas tiel "mirinda", kiel diable ĝi estis farita?Kio estas la aplikoj nun?Ni vidu!
01 ☆ Naskiĝo de SiC
Kiel aliaj potencaj duonkonduktaĵoj, la SiC-MOSFET-industrioĉeno inkluzivasla longa kristalo - substrato - epitaksio - dezajno - fabrikado - paka ligo.
Longa kristalo
Dum la longa kristala ligo, male al la preparado de la Tira metodo uzata de unukristala silicio, siliciokarbido ĉefe adoptas fizikan gasan transportmetodon (PVT, ankaŭ konata kiel plibonigita Lly aŭ semkristala sublimadmetodo), alttemperaturan kemian gasan deponan metodon (HTCVD). ) suplementoj.
☆ Kerna paŝo
1. Karbona solida kruda materialo;
2. Post varmigado, la karbura solido fariĝas gaso;
3. Gaso moviĝas al la surfaco de la sema kristalo;
4. Gaso kreskas sur la surfaco de la sema kristalo en kristalon.
Bildfonto: "Teknika Punkto por malmunti PVT-kreskan silicikarbidon"
Malsama metiisteco kaŭzis du gravajn malavantaĝojn kompare kun la silicia bazo:
Unue, produktado estas malfacila kaj la rendimento estas malalta.La temperaturo de la karbona gasa fazo kreskas super 2300 °C kaj la premo estas 350MPa.La tuta malhela skatolo estas efektivigita, kaj estas facile miksi en malpuraĵojn.La rendimento estas pli malalta ol la silicia bazo.Ju pli granda la diametro, des pli malalta la rendimento.
La dua estas malrapida kresko.La Regado de la PVT-metodo estas tre malrapida, la rapideco estas ĉirkaŭ 0.3-0.5mm/h, kaj ĝi povas kreski 2cm en 7 tagoj.La maksimumo povas kreski nur 3-5 cm, kaj la diametro de la kristala ingoto estas plejparte 4 coloj kaj 6 coloj.
La Silicio-bazita 72H povas kreski al alteco de 2-3m, kun diametroj plejparte 6 coloj kaj 8-cola nova produktadkapablo por 12 coloj.Tial, siliciokarbido estas ofte nomita kristala ingoto, kaj silicio fariĝas kristala bastono.
Karburaj siliciaj kristalaj ingotoj
Substrato
Post kiam la longa kristalo estas kompletigita, ĝi eniras la produktadprocezon de la substrato.
Post celita tranĉado, muelado (malglata muelado, fajna muelado), polurado (mekanika polurado), ultra-precizeca polurado (kemia mekanika polurado), la silicio-karbura substrato estas akirita.
La substrato ĉefe ludasla rolo de fizika subteno, termika kondukteco kaj kondukteco.La malfacileco de prilaborado estas, ke la materialo de silicio-karburo estas alta, kriska kaj stabila en kemiaj propraĵoj.Tial, tradiciaj silicio-bazitaj pretigaj metodoj ne taŭgas por siliciokarbursubstrato.
La kvalito de la tranĉa efiko rekte influas la efikecon kaj utiligan efikecon (kosto) de siliciokarburaj produktoj, do necesas esti malgranda, unuforma dikeco kaj malalta tranĉado.
Nuntempe,4-cola kaj 6-cola ĉefe uzas multlinian tranĉan ekipaĵon,tranĉante siliciajn kristalojn en maldikajn tranĉaĵojn kun dikeco de ne pli ol 1 mm.
Plurlinia tranĉa skema diagramo
En la estonteco, kun la pliiĝo de la grandeco de karbonigitaj siliciaj oblatoj, pliiĝos la pliiĝo de materialaj utiligaj postuloj, kaj ankaŭ iom post iom estos aplikataj teknologioj kiel lasera tranĉaĵo kaj malvarma apartigo.
En 2018, Infineon akiris Siltectra GmbH, kiu evoluigis novigan procezon konatan kiel malvarma krakado.
Kompare kun la tradicia multdrata tranĉa procezo perdo de 1/4,la malvarma kraka procezo nur perdis 1/8 de la siliciokarbura materialo.
Etendo
Ĉar la siliciokarbura materialo ne povas fari potencajn aparatojn rekte sur la substrato, diversaj aparatoj estas postulataj sur la etendaĵo.
Tial, post kiam la produktado de la substrato estas kompletigita, specifa ununura kristala maldika filmo estas kreskigita sur la substrato tra la etendprocezo.
Nuntempe, la procezo de kemia gasa demetmetodo (CVD) estas ĉefe uzata.
Dezajno
Post kiam la substrato estas farita, ĝi eniras la produktan dezajnostazon.
Por MOSFET, la fokuso de la dezajnprocezo estas la dezajno de la kanelo,unuflanke eviti patentan malobservon(Infineon, Rohm, ST, ktp, havas patentan aranĝon), kaj aliflanke alrenkonti la fabrikeblecon kaj produktadkostojn.
Fabrikado de oblatoj
Post kiam la produkta dezajno estas kompletigita, ĝi eniras la fazon de fabrikado de oblatoj,kaj la procezo estas proksimume simila al tiu de silicio, kiu ĉefe havas la sekvajn 5 paŝojn.
☆Paŝo 1: Injektu la maskon
Tavolo de silicioksida filmo (SiO2) estas farita, la fotorezisto estas kovrita, la fotorezista ŝablono estas formita tra la paŝoj de homogenigo, ekspozicio, evoluo, ktp., kaj la figuro estas transdonita al la oksida filmo tra la akvaforta procezo.
☆Paŝo 2: Enplantado de jonoj
La maskita siliciokarburoblato estas metita en jonenplantilon, kie aluminiojonoj estas injektitaj por formi P-specan dopzonon, kaj kalzita por aktivigi la enplantitajn aluminiojonojn.
La oksida filmo estas forigita, nitrogenaj jonoj estas injektitaj en specifan regionon de la P-tipa dopa regiono por formi N-tipan konduktan regionon de la drenilo kaj fonto, kaj la enplantitaj nitrogenaj jonoj estas kalitaj por aktivigi ilin.
☆Paŝo 3: Faru la kradon
Faru la kradon.En la areo inter la fonto kaj drenilo, la pordega oksidtavolo estas preparita per alta temperatura oksigenada procezo, kaj la pordega elektroda tavolo estas deponita por formi la pordegan kontrolstrukturon.
☆Paŝo 4: Kreado de pasivaj tavoloj
Pasiva tavolo estas farita.Deponi pasivigan tavolon kun bonaj izolaj trajtoj por malhelpi interelektrodan rompon.
☆Paŝo 5: Faru drenfontajn elektrodojn
Faru drenilon kaj fonton.La pasiva tavolo estas truita kaj metalo estas ŝprucita por formi drenilon kaj fonton.
Fotofonto: Xinxi Capital
Kvankam estas malmulte da diferenco inter la proceznivelo kaj silicio bazita, pro la karakterizaĵoj de siliciokarburaj materialoj,jona enplantado kaj kalciado devas esti efektivigitaj en alta temperatura medio(ĝis 1600 ° C), alta temperaturo influos la kradan strukturon de la materialo mem, kaj la malfacileco ankaŭ influos la rendimenton.
Krome, por MOSFET-komponentoj,la kvalito de pordega oksigeno rekte influas la kanalan moveblecon kaj pordegan fidindecon, ĉar estas du specoj de silicio kaj karbonatomo en la siliciokarbura materialo.
Sekve, necesas speciala pordega meza kreskmetodo (alia punkto estas, ke la silicio-karbura folio estas travidebla, kaj la pozicia vicigo ĉe la fotolitografio-stadio malfacilas silicio).
Post kiam la fabrikado de oblatoj estas finita, la individua blato estas tranĉita en nudan blaton kaj povas esti enpakita laŭ la celo.La komuna procezo por diskretaj aparatoj estas TO-pakaĵo.
650V CoolSiC™ MOSFET-oj en TO-247-pakaĵo
Foto: Infineon
La aŭtomobila kampo havas postulojn de alta potenco kaj varmo disipado, kaj foje necesas rekte konstrui pontajn cirkvitojn (duonponto aŭ plena ponto, aŭ rekte pakita per diodoj).
Tial, ĝi ofte estas enpakita rekte en modulojn aŭ sistemojn.Laŭ la nombro da blatoj pakitaj en ununura modulo, la komuna formo estas 1 en 1 (BorgWarner), 6 en 1 (Infineon), ktp., kaj iuj kompanioj uzas unu-tuban paralelan skemon.
Borgwarner Vipuro
Elportas duflanka akvomalvarmigo kaj SiC-MOSFET
Infineon CoolSiC™ MOSFET-moduloj
Male al silicio,Silicikarburaj moduloj funkcias ĉe pli alta temperaturo, ĉirkaŭ 200 °C.
Tradicia mola luttemperaturo frostopunkto temperaturo estas malalta, ne povas plenumi la temperaturpostulojn.Tial, silicikarbidmoduloj ofte uzas malalt-temperaturan arĝentan sinterizan veldan procezon.
Post kiam la modulo estas kompletigita, ĝi povas esti aplikita al la partsistemo.
Tesla Model3 motorregilo
La nuda blato venas de ST, mem-evoluinta pakaĵo kaj elektra vetursistemo
☆02 Aplika stato de SiC?
En la aŭtomobila kampo, potencaj aparatoj estas ĉefe uzataj enDCDC, OBC, motoraj invetiloj, elektraj klimatiziloj, sendrata ŝarĝo kaj aliaj partojkiuj postulas AC/DC rapidan konvertiĝon (DCDC plejparte funkcias kiel rapida ŝaltilo).
Foto: BorgWarner
Kompare kun silicio-bazitaj materialoj, SIC-materialoj havas pli altankritika lavanga rompo kampa forto(3×106V/cm),pli bona varmokondukteco(49W/mK) kajpli larĝa benda breĉo(3.26eV).
Ju pli larĝa la bendinterspaco, des pli malgranda la flua fluo kaj des pli alta la efikeco.Ju pli bona estas la varmokondukteco, des pli alta la kurenta denseco.Ju pli forta estas la kritika lavanga rompokampo, la tensiorezisto de la aparato povas esti plibonigita.
Sekve, en la kampo de surborda alta tensio, MOSFET-oj kaj SBD preparitaj per siliciokarburaj materialoj por anstataŭigi la ekzistantan silicio-bazitan kombinaĵon IGBT kaj FRD povas efike plibonigi potencon kaj efikecon,precipe en altfrekvencaj aplikaĵscenaroj por redukti ŝanĝperdojn.
Nuntempe, estas plej verŝajne atingi grandskalajn aplikojn en motorinvetiloj, sekvitaj de OBC kaj DCDC.
800V tensio platformo
En la 800V-tensio-platformo, la avantaĝo de altfrekvenco igas entreprenojn pli emaj elekti SiC-MOSFET-solvon.Tial, plejparto de la nuna 800V elektronika kontrolo planado SiC-MOSFET.
Platform-nivela planado inkluzivasmoderna E-GMP, GM Otenergy - ŝarĝaŭtokampo, Porsche PPE, kaj Tesla EPA.Krom Porsche PPE-platformmodeloj kiuj ne eksplicite portas SiC-MOSFET (la unua modelo estas silic-bazita IGBT), aliaj veturilplatformoj adoptas SiC-MOSFET-kabalojn.
Universala Ultra energia platformo
800V modelplanado estas pli,la Great Wall Salon marko Jiagirong, Beiqi polo Fox S HI versio, ideala aŭto S01 kaj W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 diris, ke ĝi portos 800V platformo, krom BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, nulo Run, FAW Ruĝa Flago, Volkswagen ankaŭ diris 800V teknologio en esplorado.
De la situacio de 800V mendoj akiritaj de Tier1-provizantoj,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, kaj Huichuanĉiuj anoncitaj 800V elektraj veturaj mendoj.
400V tensio platformo
En la 400V tensio-platformo, SiC-MOSFET estas ĉefe en la konsidero de alta potenco kaj potenco denseco kaj alta efikeco.
Kiel la Tesla Model 3\Y-motoro kiu estis amasproduktita nun, la pinta potenco de BYD Hanhou-motoro estas proksimume 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO ankaŭ uzos SiC-MOSFET-produktojn ekde ET7. kaj la ET5 kiu estos listigita poste.Pinta potenco estas 240Kw (ET5 210Kw).
Krome, el la perspektivo de alta efikeco, iuj entreprenoj ankaŭ esploras la fareblecon de helpaj inundaj SiC-MOSFET-produktoj.
Afiŝtempo: Jul-08-2023