Dibandingkeun sareng semikonduktor kakuatan basis silikon, SiC (silikon carbide) semikonduktor kakuatan boga kaunggulan signifikan dina frékuénsi switching, leungitna, dissipation panas, miniaturization, jsb.
Kalayan produksi inverters silikon karbida skala ageung ku Tesla, langkung seueur perusahaan ogé parantos ngamimitian ngaluncurkeun produk silikon karbida.
SiC jadi "luar biasa", kumaha di bumi ieu dijieun?Naon aplikasi ayeuna?Urang tingali!
01 ☆ Lahirna SiC
Sapertos semikonduktor kakuatan anu sanés, ranté industri SiC-MOSFET kalebetkristal panjang - substrat - epitaxy - desain - manufaktur - link bungkusan.
Kristal panjang
Salila link kristal panjang, kawas persiapan metoda Tira dipaké ku silikon kristal tunggal, silikon carbide utamana adopts métode transportasi gas fisik (PVT, ogé katelah ningkat Lly atawa metoda sublimation kristal cikal), suhu luhur métode déposisi gas kimiawi (HTCVD). ) suplement.
☆ Léngkah inti
1. Carbonic bahan baku padet;
2. Saatos pemanasan, padet karbida janten gas;
3. Gas pindah ka beungeut kristal cikal;
4. Gas tumuwuh dina beungeut kristal cikal kana kristal a.
Sumber gambar: "Titik Téknis pikeun ngabongkar PVT pertumbuhan silikon karbida"
Karajinan anu béda-béda nyababkeun dua kalemahan utama dibandingkeun sareng dasar silikon:
Kahiji, produksi hese jeung ngahasilkeun low.Suhu fase gas dumasar-karbon naék luhureun 2300 ° C sareng tekananna 350MPa.Sakabeh kotak poék dilumangsungkeun, sarta gampang dicampurkeun kana najis.Ngahasilkeun leuwih handap tina basa silikon.Nu leuwih gede diaméterna, nu handap ngahasilkeun.
Anu kadua nyaéta tumuwuhna laun.Pamarentahan metode PVT lambat pisan, lajuna sakitar 0.3-0.5mm / h, sareng tiasa tumbuh 2cm dina 7 dinten.Maksimum ngan bisa tumuwuh 3-5cm, sarta diaméter ingot kristal lolobana 4 inci sarta 6 inci.
72H basis Silicon bisa tumuwuh nepi ka jangkungna 2-3m, kalayan diaméter lolobana 6 inci sarta 8 inci kapasitas produksi anyar pikeun 12 inci.Ku alatan éta, silikon carbide mindeng disebut ingot kristal, sarta silikon jadi iteuk kristal.
Ingot kristal silikon Carbide
Substrat
Saatos kristal panjang réngsé, éta asup kana prosés produksi substrat.
Saatos motong sasaran, grinding (grinding kasar, grinding rupa), polishing (polishing mékanis), polishing ultra-precision (polishing mékanis kimia), substrat silikon carbide dicandak.
Substrat utamana muterkeunperan rojongan fisik, konduktivitas termal jeung konduktivitas.Kasusah ngolah nyaéta bahan silikon karbida anu luhur, garing, sareng stabil dina sipat kimia.Ku alatan éta, métode processing basis silikon tradisional teu cocog pikeun substrat silikon carbide.
Kualitas pangaruh motong langsung mangaruhan kinerja sarta utilization efisiensi (ongkos) produk silikon carbide, ku kituna diperlukeun pikeun jadi leutik, ketebalan seragam, sarta motong low.
Ayeuna,4-inci sareng 6-inci utamana ngagunakeun alat-alat motong multi-garis,motong kristal silikon kana keureut ipis kalayan ketebalan teu leuwih ti 1mm.
Multi-garis motong schematic diagram
Dina mangsa nu bakal datang, kalawan kanaékan ukuran wafers silikon carbonized, kanaékan syarat utilization bahan bakal ningkat, sarta téhnologi kayaning slicing laser sarta separation tiis ogé laun bakal dilarapkeun.
Taun 2018, Infineon ngagaduhan Siltectra GmbH, anu ngembangkeun prosés inovatif anu katelah cracking tiis.
Dibandingkeun sareng leungitna prosés motong multi-kawat tradisional 1/4,prosés cracking tiis ngan leungit 1/8 tina bahan silikon carbide.
Ékstensi
Kusabab bahan silikon karbida teu tiasa ngadamel alat-alat listrik langsung dina substrat, sababaraha alat anu diperyogikeun dina lapisan ekstensi.
Ku alatan éta, sanggeus produksi substrat geus réngsé, hiji pilem ipis kristal tunggal husus tumuwuh dina substrat ngaliwatan prosés extension.
Ayeuna, prosés déposisi gas kimia (CVD) utamana dianggo.
Desain
Saatos substrat dijieun, éta asup kana tahap desain produk.
Pikeun MOSFET, fokus prosés desain nyaéta desain alur,di hiji sisi pikeun ngahindarkeun palanggaran patén(Infineon, Rohm, ST, jeung sajabana, gaduh perenah patén), sarta di sisi séjén pikeunminuhan manufacturability sarta waragad manufaktur.
Fabrikasi wafer
Saatos desain produk réngsé, éta asup kana tahap manufaktur wafer,sareng prosésna kasarna sami sareng silikon, anu utamina ngagaduhan 5 léngkah ieu.
☆ Lengkah 1: Nyuntikkeun topéng
A lapisan silikon oksida (SiO2) pilem dijieun, photoresist ieu coated, pola photoresist kabentuk ngaliwatan léngkah tina homogenization, paparan, ngembangkeun, jsb, sarta inohong ditransferkeun ka pilem oksida ngaliwatan prosés etching.
☆ Lengkah 2: implantasi ion
Wafer silikon carbide masked disimpen kana implanter ion, dimana ion aluminium disuntik pikeun ngabentuk zone doping P-tipe, sarta annealed pikeun ngaktipkeun ion aluminium implanted.
Film oksida dipiceun, ion nitrogén disuntikkeun kana daérah khusus daérah doping P-tipe pikeun ngabentuk daérah konduktif tipe-N tina solokan sareng sumber, sareng ion nitrogén anu ditanam dianil pikeun ngaktifkeunana.
☆ Lengkah 3: Jieun grid nu
Jieun grid nu.Di daérah antara sumber sareng solokan, lapisan oksida gerbang disiapkeun ku prosés oksidasi suhu luhur, sareng lapisan éléktroda gerbang disimpen pikeun ngabentuk struktur kontrol gerbang.
☆ Lengkah 4: Nyieun lapisan passivation
Lapisan passivation dijieun.Deposit lapisan passivation kalawan ciri insulasi alus pikeun nyegah interelectrode ngarecahna.
☆ Lengkah 5: Jieun éléktroda sumber solokan
Jieun solokan jeung sumber.Lapisan passivation ieu perforated jeung logam ieu sputtered pikeun ngabentuk solokan jeung sumber a.
Sumber Poto: Xinxi Capital
Sanaos aya sakedik bédana antara tingkat prosés sareng dumasar kana silikon, kusabab karakteristik bahan silikon karbida,implantasi ion sareng annealing kedah dilaksanakeun dina lingkungan suhu anu luhur(nepi ka 1600 ° C), suhu luhur bakal mangaruhan struktur kisi tina bahan sorangan, sarta kasusah ogé bakal mangaruhan ngahasilkeun.
Salaku tambahan, pikeun komponén MOSFET,kualitas oksigén Gerbang langsung mangaruhan mobilitas channel sarta reliabilitas Gerbang, sabab aya dua jenis silikon jeung atom karbon dina bahan silikon carbide.
Ku alatan éta, metoda pertumbuhan sedeng Gerbang husus diperlukeun (titik sejen nyaeta lambaran silikon carbide transparan, sarta posisi alignment dina tahap photolithography hese silikon).
Saatos manufaktur wafer réngsé, chip individu dipotong kana chip bulistir sareng tiasa dibungkus dumasar kana tujuanana.Prosés umum pikeun alat diskrit nyaéta pakét TO.
650V CoolSiC™ MOSFET dina pakét TO-247
Poto: Infineon
Widang otomotif boga kakuatan tinggi jeung sarat dissipation panas, sarta kadangkala perlu langsung ngawangun sirkuit sasak (satengah sasak atawa sasak pinuh, atawa langsung rangkep jeung diodes).
Ku alatan éta, mindeng rangkep langsung kana modul atawa sistem.Numutkeun jumlah chip rangkep dina modul tunggal, bentuk umum nyaéta 1 di 1 (BorgWarner), 6 di 1 (Infineon), jeung sajabana, jeung sababaraha pausahaan ngagunakeun skéma paralel single-tube.
Borgwarner Viper
Ngarojong cooling cai dua sisi jeung SiC-MOSFET
Modul MOSFET Infineon CoolSiC™
Beda sareng silikon,modul silikon karbida beroperasi dina suhu nu leuwih luhur, kira 200 ° C.
Suhu solder lemes tradisional suhu titik lebur rendah, teu tiasa nyumponan sarat suhu.Ku alatan éta, modul silikon carbide mindeng ngagunakeun-suhu low prosés las sintering pérak.
Saatos modul réngsé, éta tiasa dilarapkeun kana sistem bagian.
Tesla Model3 motor controller
Chip bulistir asalna tina ST, pakét timer dimekarkeun sarta sistem drive listrik
☆02 Status aplikasi SiC?
Dina widang otomotif, alat kakuatan utamana dipaké dinaDCDC, OBC, motor inverters, AC listrik inverters, ngecas nirkabel jeung bagian séjénanu merlukeun AC / DC konversi gancang (DCDC utamana meta salaku switch gancang).
Poto: BorgWarner
Dibandingkeun sareng bahan dumasar silikon, bahan SIC gaduh langkung luhurkakuatan medan ngarecahna longsoran kritis(3×106V/cm),konduktivitas termal hadé(49W/mK) jeunggap band lega(3.26eV).
Beuki lega celah pita, langkung alit arus bocor sareng langkung luhur efisiensina.The hadé konduktivitas termal, nu leuwih luhur dénsitas ayeuna.The kuat widang ngarecahna longsoran kritis nyaeta, résistansi tegangan alat bisa ningkat.
Ku alatan éta, dina widang on-board tegangan tinggi, MOSFETs na SBD disiapkeun ku bahan silikon carbide pikeun ngaganti aya basis silikon IGBT na kombinasi FRD bisa éféktif ngaronjatkeun kakuatan sarta efisiensi,utamana dina skenario aplikasi frékuénsi luhur pikeun ngurangan karugian switching.
Ayeuna, paling dipikaresep pikeun ngahontal aplikasi skala ageung dina inverters motor, dituturkeun ku OBC sareng DCDC.
800V platform tegangan
Dina platform tegangan 800V, kauntungan tina frékuénsi luhur ngajadikeun usaha leuwih condong kana milih solusi SiC-MOSFET.Ku alatan éta, lolobana 800V kontrol éléktronik ayeuna perencanaan SiC-MOSFET.
tata platform-tingkat ngawengkuE-GMP modern, GM Otenergy - lapangan pickup, Porsche PPE, sarta Tesla EPA.Iwal model platform Porsche PPE anu henteu sacara eksplisit mawa SiC-MOSFET (model kahiji nyaéta IGBT berbasis silika), platform kendaraan séjén ngadopsi skéma SiC-MOSFET.
platform énergi Ultra Universal
Perencanaan modél 800V langkung seueur,merek Salon Tembok Besar Jiagirong, kutub Beiqi versi Fox S HI, mobil idéal S01 sareng W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 ngomong yén éta bakal mawa platform 800V, sajaba BYD, Lantu, GAC 'hiji, Mercedes-Benz, enol Run, FAW Beureum Bandéra, Volkswagen ogé ceuk téhnologi 800V dina panalungtikan.
Tina kaayaan pesenan 800V diala ku supplier Tier1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, sareng Huichuansadayana ngumumkeun pesenan drive listrik 800V.
400V platform tegangan
Dina platform tegangan 400V, SiC-MOSFET utamana dina tinimbangan kakuatan tinggi na dénsitas kakuatan sarta efisiensi tinggi.
Sapertos motor Tesla Model 3\Y anu parantos diproduksi sacara masal ayeuna, kakuatan puncak motor BYD Hanhou sakitar 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO ogé bakal ngagunakeun produk SiC-MOSFET mimitian ti ET7 sareng ET5 anu bakal didaptarkeun engké.Daya puncak nyaéta 240Kw (ET5 210Kw).
Salaku tambahan, tina sudut pandang efisiensi anu luhur, sababaraha perusahaan ogé ngajalajah kamungkinan kamungkinan banjir bantu produk SiC-MOSFET.
waktos pos: Jul-08-2023