Дар муқоиса бо нимноқилҳои барқии бар кремний асосёфта, нимноқилҳои барқии SiC (карбиди кремний) дар интиқоли басомад, талафот, паҳншавии гармӣ, миниатюризатсия ва ғайра бартариҳои назаррас доранд.
Бо истеҳсоли миқёси васеъи инвертерҳои карбиди кремний аз ҷониби Tesla, ширкатҳои бештар ба замини маҳсулоти карбиди кремний шурӯъ карданд.
SiC ин қадар "аҷоиб аст", он дар рӯи замин чӣ гуна сохта шудааст?Ҳоло кадом барномаҳо ҳастанд?Биёед мебинем!
01 ☆ Таваллуди СиС
Мисли дигар нимноқилҳои барқ, занҷири саноатии SiC-MOSFET дар бар мегирадкристалл дароз - субстрат - эпитакси - тарҳрезӣ - истеҳсолот - пайванди бастабандӣ.
Кристали дароз
Ҳангоми пайванди кристалии дароз, бар хилофи омодасозии усули Тира, ки аз ҷониби кремнийи монокристаллӣ истифода мешавад, карбиди кремний асосан усули интиқоли гази физикиро (PVT, инчунин бо номи такмилёфтаи Lly ё усули сублиматсияи кристалии тухмӣ маълум аст), усули пошидани гази кимиёвии ҳарорати баланд (HTCVD) -ро қабул мекунад. ) иловаҳо.
☆ Қадами асосӣ
1. Ашьёи хоми сахти карбон;
2. Пас аз гарм кардан моддаи сахти карбид ба газ табдил меёбад;
3. Харакати газ ба сатхи булури тухми;
4. Газ дар сатхи кристали тухмй ба кристалл табдил меёбад.
Манбаи тасвир: "Нуктаи техникӣ барои ҷудо кардани карбиди кремнийи PVT"
Ҳунарҳои гуногун дар муқоиса бо пойгоҳи кремний ду камбудии калон ба вуҷуд оварданд:
Якум, истехсолот душвор буда, хосил паст аст.Ҳарорати марҳилаи гази карбон аз 2300 ° C зиёд мешавад ва фишор 350 МПа аст.Тамоми қуттии торик иҷро карда мешавад ва ба ифлосиҳо омехта кардан осон аст.Ҳосил аз асоси кремний пасттар аст.Диаметраш хар кадар калон бошад, хосил хамон кадар паст мешавад.
Дуюм афзоиши суст аст.Идоракунии усули PVT хеле суст аст, суръат тақрибан 0,3-0,5 мм / соат аст ва он метавонад дар 7 рӯз 2 см афзоиш ёбад.Максимум метавонад танҳо 3-5 см афзоиш ёбад ва диаметри кристалл асосан 4 дюйм ва 6 дюйм аст.
72H дар асоси Силикон метавонад ба баландии 2-3 м, диаметраш асосан 6 дюйм ва иқтидори нави истеҳсолии 8 дюйм барои 12 дюйм бошад.Аз ин рӯ, карбиди кремнийро аксар вақт анбори булӯр меноманд ва кремний ба чӯбчаи булӯр табдил меёбад.
Зарфҳои кристаллҳои кремнийи карбид
Субстрат
Пас аз ба итмом расидани кристалл дароз, он ба раванди истеҳсоли субстрат ворид мешавад.
Пас аз буридани мақсаднок, дастос кардан (сустакунии ноҳамвор, суфтакунии хуб), сайқал додан (ҷилқакунии механикӣ), сайқал додани ултрадақиқ (полишкунии механикии химиявӣ), субстрати карбиди кремний ба даст оварда мешавад.
Субстрат асосан бозӣ мекунадроли дастгирии чисмонй, гармигузаронй ва гузаронанда.Мушкилоти коркард дар он аст, ки маводи карбиди кремний дар хосиятҳои кимиёвӣ баланд, қаҳваранг ва устувор аст.Аз ин рӯ, усулҳои анъанавии коркарди кремний барои субстрати карбиди кремний мувофиқ нестанд.
Сифати таъсири буриш бевосита ба кор ва самаранокии истифодаи (арзиш) маҳсулоти карбиди кремний таъсир мерасонад, аз ин рӯ он талаб карда мешавад, ки хурд, ғафсии якхела ва буридани паст бошад.
Дар айни ҳол,4-дюйма ва 6-дюйма асосан таҷҳизоти буридани бисёрсатрро истифода мебаранд,буридани кристаллҳои кремний ба буридаҳои борик бо ғафсӣ на бештар аз 1 мм.
Диаграммаи схематикии буридани бисёрхат
Дар оянда, бо афзоиши андозаи вафли кремнийи карбоншуда, афзоиши талабот ба истифодаи мавод афзоиш меёбад ва технологияҳо ба монанди буридани лазерӣ ва ҷудокунии хунук низ тадриҷан татбиқ карда мешаванд.
Дар соли 2018, Infineon Siltectra GmbH-ро ба даст овард, ки раванди инноватсионии бо номи крекинги сардро таҳия кардааст.
Дар муқоиса бо талафоти анъанавии буридани 1/4,раванди крекинги хунук танҳо 1/8 маводи карбиди кремнийро аз даст дод.
Васеъ
Азбаски маводи карбиди кремний наметавонад дастгоҳҳои барқро мустақиман дар рӯи замин созад, дар қабати васеъшавӣ дастгоҳҳои гуногун лозиманд.
Аз ин рӯ, пас аз ба итмом расидани истеҳсоли субстрат, тавассути раванди васеъкунӣ дар субстрат як филми махсуси тунуки яккристаллӣ парвариш карда мешавад.
Дар айни замон, асосан усули рехтани гази химиявӣ (CVD) истифода мешавад.
Тарҳрезӣ
Пас аз тайёр кардани субстрат, он ба марҳилаи тарҳрезии маҳсулот ворид мешавад.
Барои MOSFET, диққати раванди тарроҳӣ тарҳрезии чуқур аст,аз як тараф барои пешгирии вайронкунии патент(Infineon, Rohm, ST ва ғайра тарҳбандии патентӣ доранд) ва аз тарафи дигаркобилияти истехсолй ва харочоти истехсолиро қонеъ гардонад.
Истеҳсоли вафель
Пас аз ба итмом расонидани тарроҳии маҳсулот, он ба марҳилаи истеҳсоли вафли медарояд,ва ин раванд тақрибан ба раванди кремний монанд аст, ки асосан 5 марҳилаи зерин дорад.
☆Қадами 1: Ниқобро сӯзандору кунед
Аз қабати плёнкаи оксиди кремний (SiO2) сохта мешавад, фоторезистӣ пӯшонида мешавад, намунаи фоторезистӣ тавассути марҳилаҳои гомогенизатсия, экспозиция, инкишоф ва ғайра ташаккул меёбад ва фигура тавассути раванди оксид ба плёнкаи оксиди интиқол дода мешавад.
☆Қадами 2: Имплантатсияи ион
Вафли карбиди кремнийи ниқобшуда ба имплантери ион ҷойгир карда мешавад, ки дар он ионҳои алюминий барои ташкили минтақаи допинги навъи P сӯзандоруҳо карда мешаванд ва барои фаъол кардани ионҳои алюминии имплантатсияшуда тоза карда мешаванд.
Плёнкаи оксид хориҷ карда мешавад, ионҳои нитроген ба як минтақаи мушаххаси минтақаи допинги навъи P ворид карда мешаванд, то як минтақаи гузаронандаи навъи N-и дренаж ва манбаро ба вуҷуд оранд ва ионҳои нитрогени имплантатсияшуда барои фаъол кардани онҳо тоза карда мешаванд.
☆Қадами 3: Шабакаро созед
Шабака созед.Дар майдони байни манбаъ ва дренаж қабати оксиди дарвоза бо раванди оксидшавии ҳарорати баланд омода карда мешавад ва қабати электроди дарвоза барои ташаккули сохтори назорати дарвоза ҷойгир карда мешавад.
☆Қадами 4: Сохтани қабатҳои пассиватсия
Қабати пассиватсия сохта шудааст.Барои пешгирии вайроншавии байниэлектродҳо як қабати пассиватсияро бо хусусиятҳои хуби изолятсия гузоред.
☆Қадами 5: Электродҳои дренажиро созед
Дренаж ва манбаъ созед.Қабати пассиватсия сӯрох карда мешавад ва металл пошида мешавад, то дренаж ва манбаъро ташкил кунад.
Манбаи акс: Пойтахти Синси
Гарчанде ки байни сатҳи раванд ва кремний дар асоси он фарқияти каме вуҷуд дорад, аз сабаби хусусиятҳои маводи карбиди кремний,имплантацияи ион ва ан-дохтанро дар мухити харорати баланд гузарондан лозим аст(то 1600 ° C), ҳарорати баланд ба сохтори тории худи мавод таъсир мерасонад ва душворӣ низ ба ҳосил таъсир мерасонад.
Илова бар ин, барои ҷузъҳои MOSFET,сифати оксигени дарвоза бевосита ба ҳаракатнокии канал ва эътимоднокии дарвоза таъсир мерасонад, зеро дар маводи карбиди кремний ду намуди атомҳои кремний ва карбон мавҷуданд.
Аз ин рӯ, усули махсуси афзоиши миёнаи дарвоза талаб карда мешавад (нуқтаи дигар ин аст, ки варақи карбиди кремний шаффоф аст ва ҳамоҳангсозии мавқеъ дар марҳилаи фотолитография барои кремний душвор аст).
Пас аз ба итмом расидани истеҳсоли вафли, чипи инфиродӣ ба як чипи бараҳна бурида мешавад ва онро мувофиқи мақсад бастабандӣ кардан мумкин аст.Раванди маъмул барои дастгоҳҳои дискретӣ бастаи TO мебошад.
650V CoolSiC™ MOSFETs дар бастаи TO-247
Сурат: Infineon
Соҳаи автомобилӣ талаботи баланди қувва ва паҳншавии гармӣ дорад ва баъзан барои сохтани схемаҳои пулӣ (нимпул ё пули пурра ё мустақиман бо диодҳо басташуда) зарур аст.
Аз ин рӯ, он аксар вақт мустақиман ба модулҳо ё системаҳо баста мешавад.Мувофиқи шумораи микросхемаҳои дар як модул бастабандишуда, шакли умумӣ 1 дар 1 (BorgWarner), 6 дар 1 (Infineon) ва ғайра мебошад ва баъзе ширкатҳо схемаи параллели як қубурро истифода мебаранд.
Borgwarner Viper
Хунуккунии дутарафаи об ва SiC-MOSFET -ро дастгирӣ мекунад
Модулҳои Infineon CoolSiC™ MOSFET
Баръакси кремний,Модулҳои карбиди кремний дар ҳарорати баландтар, тақрибан 200 ° C кор мекунанд.
Анъанавии гармии мулоимии нарм ҳарорати нуқтаи обшавии ҳарорати паст аст, наметавонад ба талаботи ҳарорат ҷавобгӯ бошад.Аз ин рӯ, модулҳои карбиди кремний аксар вақт раванди кафшери нуқраро бо ҳарорати паст истифода мебаранд.
Пас аз анҷом додани модул, онро метавон ба системаи қисмҳо татбиқ кард.
Назоратчии мотор Tesla Model3
Чипи луч аз ST, бастаи худкор ва системаи гардонандаи электрикӣ меояд
☆02 Ҳолати татбиқи SiC?
Дар соҳаи автомобилсозӣ, дастгоҳҳои энергетикӣ асосан дар истифода мешавандDCDC, OBC, инвертерҳои мотор, инвертерҳои барқии кондитсионер, пуркунии бесим ва дигар қисмҳоки табдили зуди AC/DC-ро талаб мекунанд (DCDC асосан ҳамчун гузариши зуд амал мекунад).
Сурат: BorgWarner
Дар муқоиса бо маводи кремний, маводи SIC баландтарандшиддати майдони шикастани тарма(3×106В/см),гармигузаронии беҳтар(49Вт/мК) вафосилаи васеътари банд(3,26эВ).
Фосилаи банд васеътар бошад, ҷараёни ихроҷ ҳамон қадар хурдтар ва самаранокии он баландтар аст.Чӣ қадаре ки гармигузаронӣ беҳтар бошад, зичии ҷараён ҳамон қадар зиёд мешавад.Майдони шикастани тарма ҳар қадар қавитар бошад, муқовимати шиддати дастгоҳро беҳтар кардан мумкин аст.
Аз ин рӯ, дар соҳаи шиддати баланди борт, MOSFETs ва SBD, ки аз ҷониби маводи карбиди кремний барои иваз кардани комбинатсияи мавҷудаи кремнийи IGBT ва FRD омода карда шудаанд, метавонанд қудрат ва самаранокиро самаранок беҳтар кунанд,махсусан дар сенарияҳои истифодаи басомади баланд барои кам кардани талафоти гузариш.
Дар айни замон, эҳтимоли зиёд ба даст овардани барномаҳои васеъмиқёс дар инвертерҳои мотор, пас аз OBC ва DCDC.
Платформаи шиддати 800В
Дар платформаи шиддати 800V, бартарии басомади баланд корхонаҳоро ба интихоби ҳалли SiC-MOSFET бештар майл мекунад.Аз ин рӯ, аксарияти банақшагирии назорати электронии 800V SiC-MOSFET.
Банақшагирии сатҳи платформа дар бар мегирадмуосири E-GMP, GM Otenergy - майдони пикап, Porsche PPE ва Tesla EPA.Ба истиснои моделҳои платформаи Porsche PPE, ки ба таври возеҳ SiC-MOSFET надоранд (модели аввал IGBT дар асоси кремний аст), платформаҳои дигари нақлиёт схемаҳои SiC-MOSFET-ро қабул мекунанд.
Платформаи универсалии энергияи Ultra
Банақшагирии модели 800V бештар аст,бренди Салони Бузург Jiagirong, версияи Beiqi pole Fox S HI, мошини идеалии S01 ва W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 гуфт, ки он платформаи 800V-ро иҷро хоҳад кард, ба ғайр аз BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen инчунин технологияи 800V дар тадқиқотро гуфт.
Аз вазъияти фармоишҳои 800V, ки аз ҷониби таъминкунандагони Tier1 гирифта шудаанд,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics ва Huichuanҳама фармонҳои 800V гардонандаи барқ эълон.
Платформаи шиддати 400В
Дар платформаи шиддати 400V, SiC-MOSFET асосан дар назардошти қувваи баланд ва зичии нерӯ ва самаранокии баланд мебошад.
Ба монанди муҳаррики Tesla Model 3\Y, ки ҳоло оммавӣ истеҳсол шудааст, қудрати қуллаи муҳаррики BYD Hanhou тақрибан 200 кВт аст (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO инчунин маҳсулоти SiC-MOSFET-ро аз ET7 истифода хоҳад кард. ва ET5, ки баъдтар номбар карда мешаванд.Қувваи қуллаи 240Кв (ET5 210Kw) аст.
Илова бар ин, аз нуқтаи назари самаранокии баланд, баъзе корхонаҳо инчунин имкони обхезии ёрирасони маҳсулоти SiC-MOSFET-ро меомӯзанд.
Вақти фиристодан: июл-08-2023