Ikilinganishwa na semiconductors za nguvu za msingi za silicon, semiconductors za nguvu za SiC (silicon carbide) zina faida kubwa katika kubadili mzunguko, kupoteza, kusambaza joto, miniaturization, nk.
Kwa uzalishaji mkubwa wa inverters za silicon carbide na Tesla, makampuni zaidi pia yameanza kutua bidhaa za silicon carbudi.
SiC ni "ya kushangaza" sana, ilifanywaje duniani? Je, ni maombi gani sasa? Hebu tuone!
01 ☆ Kuzaliwa kwa SiC
Kama semiconductors zingine za nguvu, mlolongo wa tasnia ya SiC-MOSFET inajumuishakioo kirefu - substrate - epitaxy - kubuni - utengenezaji - kiungo cha ufungaji.
Kioo cha muda mrefu
Wakati wa kiunganishi kirefu cha fuwele, tofauti na utayarishaji wa mbinu ya Tira inayotumiwa na silicon moja ya fuwele, silicon carbide hutumia njia ya usafirishaji wa gesi halisi (PVT, pia inajulikana kama njia iliyoboreshwa ya Lly au njia ya usablimishaji wa kioo cha mbegu), njia ya uwekaji wa gesi ya joto ya juu ya kemikali ( HTCVD ) virutubisho.
☆ Hatua ya msingi
1. Malighafi ngumu ya kaboni;
2. Baada ya kupokanzwa, imara ya carbudi inakuwa gesi;
3. Hoja ya gesi kwenye uso wa kioo cha mbegu;
4. Gesi inakua juu ya uso wa kioo cha mbegu ndani ya kioo.
Chanzo cha picha: "Uhakika wa Kiufundi wa kutenganisha carbide ya silicon ya ukuaji wa PVT"
Ufundi tofauti umesababisha hasara kuu mbili ikilinganishwa na msingi wa silicon:
Kwanza, uzalishaji ni mgumu na mavuno ni kidogo.Joto la awamu ya gesi inayotokana na kaboni hukua zaidi ya 2300 ° C na shinikizo ni 350MPa. Sanduku zima la giza linafanywa, na ni rahisi kuchanganya kwenye uchafu. Mavuno ni ya chini kuliko msingi wa silicon. Kipenyo kikubwa, mavuno ya chini.
Ya pili ni ukuaji wa polepole.Utawala wa mbinu ya PVT ni polepole sana, kasi ni karibu 0.3-0.5mm/h, na inaweza kukua 2cm kwa siku 7. Upeo unaweza tu kukua 3-5cm, na kipenyo cha ingot kioo ni zaidi ya inchi 4 na 6 inchi.
72H yenye msingi wa Silicon inaweza kukua hadi urefu wa 2-3m, ikiwa na kipenyo cha inchi 6 na uwezo mpya wa uzalishaji wa inchi 8 kwa inchi 12.Kwa hiyo, carbudi ya silicon mara nyingi huitwa ingot ya kioo, na silicon inakuwa fimbo ya kioo.
Ingots za kioo za silicon
Substrate
Baada ya kioo cha muda mrefu kukamilika, huingia katika mchakato wa uzalishaji wa substrate.
Baada ya kukatwa kwa lengo, kusaga (kusaga mbaya, kusaga vizuri), kupiga rangi (kupiga rangi ya mitambo), polishing ya usahihi (kemikali ya mitambo ya kemikali), substrate ya carbudi ya silicon hupatikana.
Substrate hasa inachezajukumu la msaada wa kimwili, conductivity ya mafuta na conductivity.Ugumu wa usindikaji ni kwamba nyenzo za silicon carbudi ni ya juu, crispy, na imara katika mali ya kemikali. Kwa hiyo, mbinu za usindikaji za msingi za silicon hazifai kwa substrate ya silicon carbudi.
Ubora wa athari ya kukata huathiri moja kwa moja utendaji na ufanisi wa matumizi (gharama) ya bidhaa za carbudi ya silicon, hivyo inahitajika kuwa ndogo, unene wa sare, na kukata chini.
Kwa sasa,Inchi 4 na inchi 6 hasa hutumia vifaa vya kukata mistari mingi,kukata fuwele za silicon katika vipande nyembamba na unene wa si zaidi ya 1mm.
Mchoro wa mpangilio wa kukata mistari mingi
Katika siku zijazo, pamoja na kuongezeka kwa saizi ya kaki za silicon zilizo na kaboni, ongezeko la mahitaji ya matumizi ya nyenzo litaongezeka, na teknolojia kama vile kukata leza na kutenganisha kwa baridi pia itatumika hatua kwa hatua.
Mnamo 2018, Infineon ilipata Siltectra GmbH, ambayo ilianzisha mchakato wa ubunifu unaojulikana kama ngozi baridi.
Ikilinganishwa na upotezaji wa jadi wa kukata waya nyingi wa 1/4,mchakato wa ngozi baridi ulipoteza tu 1/8 ya nyenzo za silicon carbudi.
Ugani
Kwa kuwa nyenzo za silicon carbudi haziwezi kufanya vifaa vya nguvu moja kwa moja kwenye substrate, vifaa mbalimbali vinahitajika kwenye safu ya ugani.
Kwa hiyo, baada ya uzalishaji wa substrate kukamilika, filamu maalum ya kioo nyembamba hupandwa kwenye substrate kupitia mchakato wa ugani.
Kwa sasa, mchakato wa utuaji wa gesi ya kemikali (CVD) hutumiwa hasa.
Kubuni
Baada ya substrate kufanywa, inaingia hatua ya kubuni bidhaa.
Kwa MOSFET, lengo la mchakato wa kubuni ni muundo wa groove,kwa upande mmoja ili kuepuka ukiukwaji wa hati miliki(Infineon, Rohm, ST, nk., zina mpangilio wa hataza), na kwa upande mwinginekukidhi gharama za utengenezaji na utengenezaji.
Utengenezaji wa kaki
Baada ya muundo wa bidhaa kukamilika, inaingia katika hatua ya utengenezaji wa kaki,na mchakato huo ni sawa na ule wa silicon, ambayo kimsingi ina hatua 5 zifuatazo.
☆Hatua ya 1: Ingiza barakoa
Safu ya filamu ya oksidi ya silicon (SiO2) inafanywa, photoresist imefungwa, muundo wa photoresist huundwa kupitia hatua za homogenization, mfiduo, maendeleo, nk, na takwimu huhamishiwa kwenye filamu ya oksidi kupitia mchakato wa etching.
☆Hatua ya 2: Uwekaji wa ion
Kaki ya kabidi ya silicon iliyofunikwa huwekwa kwenye kipandikizi cha ioni, ambapo ioni za alumini hudungwa ili kuunda eneo la doping la aina ya P, na kuchujwa ili kuwezesha ioni za alumini zilizopandikizwa.
Filamu ya oksidi huondolewa, ioni za nitrojeni hudungwa katika eneo maalum la eneo la aina ya P-doping ili kuunda eneo la upitishaji la aina ya N la bomba na chanzo, na ioni za nitrojeni zilizopandikizwa huchujwa ili kuziwasha.
☆Hatua ya 3: Tengeneza gridi ya taifa
Tengeneza gridi ya taifa. Katika eneo kati ya chanzo na kukimbia, safu ya oksidi ya lango imeandaliwa na mchakato wa oxidation ya joto la juu, na safu ya electrode ya lango imewekwa ili kuunda muundo wa udhibiti wa lango.
☆Hatua ya 4: Kutengeneza tabaka za passivation
Safu ya passivation inafanywa. Weka safu ya kupitisha na sifa nzuri za insulation ili kuzuia kuvunjika kwa interelectrode.
☆Hatua ya 5: Tengeneza elektroni za chanzo cha maji
Tengeneza maji na chanzo. Safu ya passivation inatobolewa na chuma hupigwa ili kuunda kukimbia na chanzo.
Chanzo cha Picha: Xinxi Capital
Ingawa kuna tofauti ndogo kati ya kiwango cha mchakato na msingi wa silicon, kwa sababu ya sifa za vifaa vya silicon carbudi,upandikizaji wa ioni na uwekaji wa annealing unahitaji kufanywa katika mazingira ya joto la juu(hadi 1600 ° C), joto la juu litaathiri muundo wa kimiani wa nyenzo yenyewe, na ugumu pia utaathiri mavuno.
Kwa kuongeza, kwa vipengele vya MOSFET,ubora wa oksijeni ya lango huathiri moja kwa moja uhamaji wa kituo na uaminifu wa lango, kwa sababu kuna aina mbili za silicon na atomi za kaboni katika nyenzo ya silicon carbudi.
Kwa hiyo, njia maalum ya ukuaji wa kati ya lango inahitajika (hatua nyingine ni kwamba karatasi ya carbudi ya silicon ni ya uwazi, na usawa wa nafasi katika hatua ya photolithography ni vigumu kwa silicon).
Baada ya utengenezaji wa kaki kukamilika, chip ya mtu binafsi hukatwa kwenye chip tupu na inaweza kufungwa kulingana na kusudi. Mchakato wa kawaida wa vifaa tofauti ni kifurushi cha TO.
650V CoolSiC™ MOSFET katika kifurushi cha TO-247
Picha: Infineon
Shamba la magari lina nguvu kubwa na mahitaji ya uharibifu wa joto, na wakati mwingine ni muhimu kujenga moja kwa moja nyaya za daraja (nusu ya daraja au daraja kamili, au moja kwa moja vifurushi na diodes).
Kwa hiyo, mara nyingi huwekwa moja kwa moja kwenye modules au mifumo. Kwa mujibu wa idadi ya chips zilizowekwa kwenye moduli moja, fomu ya kawaida ni 1 kwa 1 (BorgWarner), 6 kwa 1 (Infineon), nk, na makampuni mengine hutumia mpango wa sambamba wa tube moja.
Borgwarner Viper
Inasaidia baridi ya maji ya pande mbili na SiC-MOSFET
Infineon CoolSiC™ moduli za MOSFET
Tofauti na silicon,moduli za silicon carbide hufanya kazi kwa joto la juu, karibu 200 ° C.
Jadi laini solder joto kiwango myeyuko joto ni ya chini, hawezi kukidhi mahitaji ya joto. Kwa hiyo, moduli za carbudi za silicon mara nyingi hutumia mchakato wa kulehemu wa sintering ya joto ya chini ya fedha.
Baada ya moduli kukamilika, inaweza kutumika kwa mfumo wa sehemu.
Kidhibiti cha gari cha Tesla Model3
Chip tupu hutoka kwa ST, kifurushi kilichojitengeneza na mfumo wa gari la umeme
☆02 Hali ya maombi ya SiC?
Katika uwanja wa magari, vifaa vya nguvu hutumiwa hasa katikaDCDC, OBC, vibadilishaji vya magari, vibadilishaji umeme vya viyoyozi, kuchaji bila waya na sehemu zingine.ambayo yanahitaji ubadilishaji wa haraka wa AC/DC (DCDC hufanya kazi kama swichi ya haraka).
Picha: BorgWarner
Ikilinganishwa na vifaa vya msingi wa silicon, vifaa vya SIC vina juu zaidinguvu muhimu ya shamba la kuvunjika kwa theluji(3×106V/cm),conductivity bora ya mafuta(49W/mK) napengo pana la bendi(3.26 eV).
Upana wa pengo la bendi, ndogo ya sasa ya uvujaji na juu ya ufanisi. Bora conductivity ya mafuta, juu ya wiani wa sasa. Nguvu ya uwanja muhimu wa kuvunjika kwa theluji ni, upinzani wa voltage ya kifaa unaweza kuboreshwa.
Kwa hivyo, katika uwanja wa voltage ya juu ya bodi, MOSFETs na SBD zilizoandaliwa na vifaa vya silicon carbide kuchukua nafasi ya mchanganyiko wa IGBT na FRD uliopo wa silicon unaweza kuboresha nguvu na ufanisi.hasa katika matukio ya maombi ya juu ya mzunguko ili kupunguza hasara za kubadili.
Kwa sasa, kuna uwezekano mkubwa wa kufikia maombi makubwa katika inverters za magari, ikifuatiwa na OBC na DCDC.
Jukwaa la voltage 800V
Katika jukwaa la voltage ya 800V, faida ya mzunguko wa juu hufanya makampuni yawe na mwelekeo zaidi wa kuchagua suluhisho la SiC-MOSFET. Kwa hiyo, zaidi ya sasa 800V elektroniki kudhibiti mipango SiC-MOSFET.
Upangaji wa kiwango cha jukwaa ni pamoja naE-GMP ya kisasa, GM Otenergy - uwanja wa kuchukua, Porsche PPE, na Tesla EPA.Isipokuwa kwa miundo ya jukwaa la Porsche PPE ambayo haibebi kwa uwazi SiC-MOSFET (mfano wa kwanza ni IGBT ya silika), majukwaa mengine ya magari hupitisha mipango ya SiC-MOSFET.
Jukwaa la nishati la Universal Ultra
Upangaji wa muundo wa 800V ni zaidi,chapa ya Great Wall Saluni ya Jiagirong, toleo la Beiqi pole Fox S HI, gari bora la S01 na W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 alisema kuwa itakuwa kubeba 800V jukwaa, pamoja na BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, sifuri Run, FAW Red Bendera, Volkswagen pia alisema 800V teknolojia katika utafiti.
Kutoka kwa hali ya maagizo ya 800V yaliyopatikana na wasambazaji wa Tier1,BorgWarner, Teknolojia ya Wipai, ZF, United Electronics, na Huichuanmaagizo yote ya kiendeshi cha umeme cha 800V.
Jukwaa la voltage ya 400V
Katika jukwaa la voltage 400V, SiC-MOSFET ni hasa katika kuzingatia nguvu ya juu na msongamano wa nguvu na ufanisi wa juu.
Kama vile injini ya Tesla Model 3\Y ambayo imetolewa kwa wingi sasa, nguvu ya kilele ya injini ya BYD Hanhou ni takriban 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO pia itatumia bidhaa za SiC-MOSFET kuanzia ET7 na ET5 ambayo itaorodheshwa baadaye. Nguvu ya kilele ni 240Kw (ET5 210Kw).
Kwa kuongeza, kutokana na mtazamo wa ufanisi wa juu, baadhi ya makampuni ya biashara pia yanachunguza uwezekano wa bidhaa za SiC-MOSFET za mafuriko ya ziada.
Muda wa kutuma: Jul-08-2023
