Кремний негизиндеги кубаттуу жарым өткөргүчтөр менен салыштырганда, SiC (кремний карбиди) электр жарым өткөргүчтөрү коммутация жыштыгы, жоготуу, жылуулуктун таралышы, кичирейтүү ж.б.да олуттуу артыкчылыктарга ээ.
Тесла тарабынан кремний карбидинин инверторлорунун масштабдуу өндүрүшү менен, дагы көп компаниялар кремний карбидинин өнүмдөрүн жерге түшүрө башташты.
SiC ушунчалык "укмуштуу", ал кантип жасалган? Азыр кандай колдонмолор бар? көрөлү!
01 ☆ SiC төрөлүшү
башка электр жарым өткөргүчтөр сыяктуу эле, SiC-MOSFET өнөр чынжыр камтыйтузун кристалл – субстрат – эпитаксия – дизайн – өндүрүш – таңгактоо шилтемеси.
Узун кристалл
Узун кристаллдык байланыш учурунда, бир кристалл кремний тарабынан колдонулган Тира ыкмасын даярдоодон айырмаланып, кремний карбиди негизинен физикалык газ ташуу ыкмасын (PVT, ошондой эле жакшыртылган Lly же урук кристаллдуу сублимация ыкмасы катары белгилүү), жогорку температурадагы химиялык газды жайгаштыруу ыкмасын (HTCVD) кабыл алат. ) толуктоолор.
☆ Негизги кадам
1. Көмүртектүү катуу чийки зат;
2. Ысытуудан кийин катуу карбид газга айланат;
3. Газдын урук кристаллынын бетине жылышы;
4. Газ урук кристаллынын бетинде өсүп кристаллга айланат.
Сүрөт булагы: "PVT өсүүчү кремний карбидин демонтаждоо үчүн техникалык пункт"
Ар кандай чеберчилик кремний базага салыштырмалуу эки чоң кемчиликтерди жаратты:
Биринчиден, өндүрүш кыйын, түшүм аз.Көмүртек-негизделген газ фазасынын температурасы 2300 ° C жогору өсөт жана басымы 350MPa болуп саналат. бүт караңгы куту ишке ашырылат, жана бул аралашмаларды аралаштыруу үчүн жеңил болот. кирешелүүлүгү кремний базасына караганда төмөн. Диаметри канчалык чоң болсо, түшүм ошончолук төмөн болот.
Экинчиси - жай өсүү.PVT ыкмасын башкаруу өтө жай, ылдамдыгы болжол менен 0,3-0,5 мм/саат, ал 7 күндүн ичинде 2 см өсө алат. Максималдуу гана 3-5 см өсө алат, ал эми кристалл куймасынын диаметри негизинен 4 дюйм жана 6 дюйм.
Кремний негизделген 72H диаметри негизинен 6 дюйм жана 12 дюймдук 8 дюймдук жаңы өндүрүштүк кубаттуулугу менен 2-3м бийиктикке чейин өсө алат.Ошондуктан, кремний карбиди көбүнчө кристалл куймасы деп аталат, ал эми кремний кристалл таякчага айланат.
Карбид кремний кристалл куймалары
Субстрат
Узун кристалл бүткөндөн кийин, ал субстраттын өндүрүш процессине кирет.
Максаттуу кесүү, майдалоо (орой майдалоо, майдалоо), жылмалоо (механикалык жылмалоо), ультра тактык менен жылтыруу (химиялык механикалык жылмалоо) кийин кремний карбидинин субстраты алынат.
Негизинен субстрат ойнойтфизикалык колдоонун, жылуулук өткөрүмдүүлүктүн жана өткөргүчтүктүн ролу.Кайра иштетүүнүн кыйынчылыгы кремний карбидинин материалы жогорку, кытырак жана химиялык касиеттери боюнча туруктуу. Ошондуктан, салттуу кремний негизделген кайра иштетүү ыкмалары кремний карбид субстрат үчүн ылайыктуу эмес.
Кесүү эффектинин сапаты кремний карбидинин продукциясынын натыйжалуулугуна жана пайдалануунун натыйжалуулугуна (баасына) түздөн-түз таасирин тийгизет, ошондуктан ал кичинекей, бирдей калыңдыгы жана аз кесүү болушу талап кылынат.
Азыркы учурда,4 дюйм жана 6 дюйм негизинен көп линиялуу кесүүчү жабдууларды колдонот,кремний кристаллдарын калыңдыгы 1 ммден ашпаган жука тилкелерге кесүү.
Көп сызык кесүү схемасы
Келечекте, көмүртектештирилген кремний пластинкаларынын көлөмүнүн өсүшү менен материалды пайдалануу талаптарынын жогорулашы жана лазердик кесүү жана муздак бөлүү сыяктуу технологиялар да акырындык менен колдонулат.
2018-жылы Infineon Siltectra GmbH компаниясын сатып алган, ал муздак крекинг деп аталган инновациялык процессти иштеп чыккан.
Салттуу көп зымды кесүү процессинин 1/4 бөлүгүн жоготуу менен салыштырганда,муздак крекинг процесси кремний карбидинин 1/8 бөлүгүн гана жоготкон.
Кеңейтүү
Кремний карбид материалы түздөн-түз субстраттын үстүндө күч түзүмдөрүн жасай албагандыктан, узартуу катмарында ар кандай түзүлүштөр талап кылынат.
Ошондуктан, субстратты өндүрүү аяктагандан кийин, кеңейтүү процесси аркылуу субстраттын үстүндө белгилүү бир кристаллдык жука пленка өстүрүлөт.
Азыркы учурда химиялык газды жайгаштыруу ыкмасы (CVD) негизинен колдонулат.
Дизайн
субстрат жасалгандан кийин, ал продукт дизайн стадиясына кирет.
MOSFET үчүн долбоорлоо процессинин максаты оюктун дизайны,бир жагынан патентти бузууну болтурбоо үчүн(Infineon, Rohm, ST ж.б. патенттик схемасы бар), экинчи жагынанөндүрүштүк жана өндүрүштүк чыгымдарды канааттандыруу.
Вафель жасоо
Продукциянын дизайны аяктагандан кийин, ал пластинка өндүрүү стадиясына кирет,жана процесс кремнийдикине окшош, ал негизинен төмөнкү 5 кадамдан турат.
☆1-кадам: Масканы сайыңыз
Кремний оксидинин (SiO2) пленкасынын катмары жасалып, фоторезист менен капталган, гомогенизация, экспозиция, өнүктүрүү ж.б. баскычтары аркылуу фоторезисттин үлгүсү түзүлөт жана фигура офорт процесси аркылуу оксид пленкасына өтөт.
☆2-кадам: Иондук имплантация
Маскаланган кремний карбид пластинкасы ион импланттарына жайгаштырылат, ал жерде алюминий иондору P-тибиндеги допинг зонасын түзүү үчүн инжекцияланат жана имплантацияланган алюминий иондорун активдештирүү үчүн күйдүрүлөт.
Оксиддик пленка алынып салынат, азот иондору дренаждын жана булактын N-түрү өткөргүч аймагын түзүү үчүн P-тибиндеги допингдик аймактын белгилүү бир аймагына куюлат жана имплантацияланган азот иондору аларды активдештирүү үчүн күйдүрүлөт.
☆3-кадам: Торду түзүңүз
Тор жаса. Булак менен дренаждын ортосундагы аймакта дарбаза оксидинин катмары жогорку температурадагы кычкылдануу процесси менен даярдалат, ал эми дарбаза электрод катмары дарбазаны башкаруу структурасын түзүү үчүн жайгаштырылат.
☆4-кадам: Пассивация катмарларын түзүү
Пассивация катмары жасалат. Электроддор аралык бузулууну болтурбоо үчүн жакшы изоляциялык мүнөздөмөлөргө ээ пассивация катмарын салыңыз.
☆5-кадам: Дренаждык электроддорду жасаңыз
Дренаж жана булак жаса. Пассивация катмары тешилип, металл чачыратылган дренаж жана булак пайда болот.
Сүрөт булагы: Xinxi Capital
Процесс деңгээли менен кремний негизиндеги ортосунда бир аз айырмачылык бар болсо да, кремний карбид материалдарынын өзгөчөлүктөрүнөн улам,ион имплантациялоо жана күйдүрүү жогорку температуралуу чөйрөдө жүргүзүлүшү керек(1600 ° C чейин), жогорку температура материалдын өзүнүн тор түзүлүшүнө таасир этет, ал эми кыйынчылык да түшүм таасир этет.
Мындан тышкары, MOSFET компоненттери үчүн,дарбаза кычкылтек сапаты түздөн-түз каналдын мобилдүүлүгүн жана дарбаза ишенимдүүлүгүн таасир этет, анткени кремний карбид материалында кремний жана көмүртек атомдорунун эки түрү бар.
Ошондуктан, атайын дарбазасы орто өсүү ыкмасы талап кылынат (дагы бир жагдай кремний карбид барак тунук болуп саналат, жана photolithography этапта абалы тегиздөө кремний кыйын болуп саналат).
Вафли өндүрүшү аяктагандан кийин, жеке чип жылаңач чипке кесилет жана максатка ылайык пакеттелген болот. Дискреттик түзүлүштөр үчүн жалпы процесс TO пакети болуп саналат.
TO-247 пакетиндеги 650V CoolSiC™ MOSFETs
Сүрөт: Infineon
Автоунаа тармагында кубаттуулук жана жылуулуктун таралуу талаптары жогору, кээде түздөн-түз көпүрө схемаларын куруу керек (жарым көпүрө же толук көпүрө, же диоддор менен түздөн-түз пакеттелген).
Ошондуктан, ал көбүнчө модулдарга же системаларга түз пакеттелген. Бир модулда пакеттелген микросхемалардын санына ылайык, жалпы форма 1де 1 (BorgWarner), 6да 1 (Infineon) ж.б., кээ бир компаниялар бир түтүктүү параллелдүү схеманы колдонушат.
Borgwarner Viper
Эки тараптуу суу муздатуу жана SiC-MOSFET колдойт
Infineon CoolSiC™ MOSFET модулдары
кремнийден айырмаланып,кремний карбид модулдары жогорку температурада, болжол менен 200 ° C иштейт.
Салттуу жумшак solder температурасы эрүү чекити температурасы төмөн, температура талаптарына жооп бере албайт. Ошондуктан, кремний карбид модулдары көбүнчө төмөнкү температурадагы күмүш агломерациялоо ширетүү процессин колдонушат.
Модуль аяктагандан кийин, аны бөлүктөр системасына колдонсо болот.
Tesla Model3 мотор контроллери
Жылаңач чип ST, өз алдынча иштелип чыккан пакеттен жана электрдик диск системасынан келет
☆02 SiC колдонуу статусу?
Автоунаа тармагында электр приборлору негизинен колдонулатDCDC, OBC, мотор инверторлору, электр кондиционерлери, зымсыз заряддоо жана башка бөлүктөрAC/DC тез конверсиясын талап кылган (DCDC негизинен тез которгуч катары иштейт).
Сүрөт: BorgWarner
Кремний негизиндеги материалдар менен салыштырганда, SIC материалдары жогорукритикалык кар көчкү бузулуу талаа күчү(3×106V/см),жакшыраак жылуулук өткөрүмдүүлүк(49Вт/мК) жанакененирээк тилке ажырымы(3,26эВ).
Тиешелүү тилке канчалык кенен болсо, агып чыгуучу ток ошончолук аз болот жана эффективдүүлүктү жогорулат. Жылуулук өткөрүмдүүлүк канчалык жакшы болсо, токтун тыгыздыгы ошончолук жогору болот. Критикалык кар көчкүнүн бузулуу талаасы канчалык күчтүү болсо, аппараттын чыңалууга туруктуулугун жогорулатууга болот.
Ошондуктан, борттогу жогорку чыңалуу тармагында, кремнийге негизделген IGBT жана FRD айкалышын алмаштыруу үчүн кремний карбид материалдары менен даярдалган MOSFETs жана SBD кубаттуулукту жана эффективдүүлүктү натыйжалуу жакшыртат,өзгөчө которуштуруу жоготууларды азайтуу үчүн жогорку жыштык колдонуу сценарийлерде.
Азыркы учурда мотор инверторлорунда, андан кийин OBC жана DCDCде масштабдуу колдонмолорго жетишүү мүмкүн.
800V чыңалуу платформасы
800V чыңалуу платформасында жогорку жыштыктын артыкчылыгы ишканаларды SiC-MOSFET чечимин тандоого көбүрөөк ыктайт. Ошондуктан, азыркы 800V электрондук башкаруу пландоо көпчүлүгү SiC-MOSFET.
Платформа деңгээлинде пландаштыруу киретзаманбап E-GMP, GM Otenergy - пикап талаасы, Porsche PPE жана Tesla EPA.SiC-MOSFETти ачык алып жүрбөгөн Porsche PPE платформасынын моделдерин кошпогондо (биринчи модель кремний диоксидине негизделген IGBT), башка унаа платформалары SiC-MOSFET схемаларын кабыл алышат.
Universal Ultra энергия платформасы
800V моделин пландаштыруу көбүрөөк,Great Wall Salon бренди Jiagirong, Beiqi полюс Fox S HI версиясы, идеалдуу унаа S01 жана W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 ал BYD, Lantu, GAC 'ан, Mercedes-Benz, нөл Run, FAW Red Flag тышкары, 800V аянтчаны алып, Volkswagen да изилдөө 800V технология билдирди.
Tier1 берүүчүлөр тарабынан алынган 800V заказдардын абалынан,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics жана Huichuanбардык жарыяланган 800V электр диск буйрук.
400V чыңалуу платформасы
400V чыңалуу платформасында SiC-MOSFET негизинен жогорку кубаттуулукту жана кубаттуулукту жана жогорку натыйжалуулукту эске алууда.
Азыр массалык түрдө чыгарылган Tesla Model 3 \ Y мотору сыяктуу, BYD Hanhou моторунун эң жогорку кубаттуулугу болжол менен 200 кВт (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO да ET7ден баштап SiC-MOSFET өнүмдөрүн колдонот. жана кийинчерээк тизмеленген ET5. Эң жогорку кубаттуулугу 240Kw (ET5 210Kw).
Мындан тышкары, жогорку натыйжалуулуктун көз карашы боюнча, кээ бир ишканалар да SiC-MOSFET продуктуларын көмөкчү суу каптоо максатка ылайыктуулугун изилдеп жатышат.
Посттун убактысы: 08.07.2023
