Konpare ak semi-kondiktè pouvwa ki baze sou Silisyòm, semi-kondiktè pouvwa SiC (Silisyòm carbure) yo gen avantaj siyifikatif nan frekans komitasyon, pèt, disipasyon chalè, miniaturizasyon, elatriye.
Avèk pwodiksyon an gwo echèl envèstisè Silisyòm carbure pa Tesla, plis konpayi te kòmanse tou ateri pwodwi Silisyòm carbure.
SiC tèlman "etonan", kijan yo te fè l? Ki aplikasyon li genyen kounye a? Ann wè!
01 ☆ Nesans yon SiC
Menm jan ak lòt semi-kondiktè pouvwa, chèn endistri SiC-MOSFET la gen ladan llyen kristal long – substrat – epitaksi – konsepsyon – fabrikasyon – anbalaj.
Kristal long
Pandan pwosesis lyen kristal long la, kontrèman ak metòd preparasyon Tira ki itilize pa silikon monokristal, carbure Silisyòm lan sitou itilize metòd transpò gaz fizik (PVT, ke yo rele tou metòd Lly amelyore oswa siblimasyon kristal grenn), epi sipleman metòd depo gaz chimik tanperati ki wo (HTCVD).
☆ Etap santral
1. Materyèl solid kabonik anvan tout koreksyon;
2. Apre chofaj, solid karbi a vin tounen gaz;
3. Gaz la deplase sou sifas kristal grenn nan;
4. Gaz ap grandi sou sifas kristal grenn nan pou l vin tounen yon kristal.
Sous imaj la: "Pwen teknik pou demonte carbure silikon kwasans PVT"
Diferan atizanal lakòz de gwo dezavantaj konpare ak baz silikon an:
Premyèman, pwodiksyon an difisil epi sede a ba.Tanperati faz gaz ki baze sou kabòn nan ogmante pi wo pase 2300 °C epi presyon an se 350MPa. Yo pote tout bwat nwa a, epi li fasil pou melanje ak enpurte yo. Rannman an pi ba pase baz silikon an. Plis dyamèt la gwo, se plis rannman an pi ba.
Dezyèm lan se kwasans ralanti.Gouvènans metòd PVT a trè dousman, vitès la se anviwon 0.3-0.5mm/h, epi li ka grandi 2cm nan 7 jou. Maksimòm nan ka grandi sèlman 3-5cm, epi dyamèt lengote kristal la se sitou 4 pous ak 6 pous.
72H ki baze sou Silisyòm nan ka grandi rive nan yon wotè 2-3m, ak dyamèt sitou 6 pous ak yon nouvo kapasite pwodiksyon 8 pous pou 12 pous.Se poutèt sa, yo souvan rele carbure Silisyòm lengote kristal, epi Silisyòm vin tounen yon baton kristal.
Lengote kristal silikon karbid
Substra
Apre kristal long lan fini, li antre nan pwosesis pwodiksyon substrat la.
Apre koupe siblé, fanm k'ap pile (fann k'ap pile ki graj, fanm k'ap pile amann), polisaj (polisaj mekanik), polisaj ultra-presizyon (polisaj chimik mekanik), yo jwenn substrati carbure Silisyòm lan.
Substra a jwe sitouwòl sipò fizik, konduktivite tèmik ak konduktivite.Difikilte pwosesis la se ke materyèl carbure Silisyòm lan gen pwopriyete chimik wo, sèk, epi ki estab. Se poutèt sa, metòd pwosesis tradisyonèl ki baze sou carbure Silisyòm yo pa apwopriye pou substrati carbure Silisyòm.
Kalite efè koupe a afekte dirèkteman pèfòmans ak efikasite itilizasyon (pri) pwodwi carbure Silisyòm yo, kidonk li nesesè pou li piti, epesè inifòm, epi koupe ki ba.
Kounye a,4 pous ak 6 pous sitou itilize ekipman koupe milti-liy,koupe kristal Silisyòm an tranch mens ak yon epesè ki pa plis pase 1mm.
Dyagram eskematik koupe plizyè liy
Nan lavni, avèk ogmantasyon nan gwosè waf Silisyòm kabonize yo, ogmantasyon nan kondisyon itilizasyon materyèl yo ap ogmante, epi teknoloji tankou koupe lazè ak separasyon frèt pral piti piti aplike tou.
An 2018, Infineon te achte Siltectra GmbH, ki te devlope yon pwosesis inovatè ke yo rekonèt kòm krakaj frèt.
Konpare ak pèt pwosesis koupe milti-fil tradisyonèl la ki rive 1/4,Pwosesis krak frèt la sèlman pèdi 1/8 nan materyèl carbure Silisyòm lan.
Ekstansyon
Piske materyèl carbure Silisyòm lan pa ka fè aparèy pouvwa dirèkteman sou substra a, plizyè aparèy nesesè sou kouch ekstansyon an.
Se poutèt sa, apre yo fin pwodui substra a, yo grandi yon fim mens kristal sèl espesifik sou substra a atravè pwosesis ekstansyon an.
Kounye a, metòd depo gaz chimik (CVD) la se sitou itilize.
Konsepsyon
Apre yo fin fè substrat la, li antre nan etap konsepsyon pwodwi a.
Pou MOSFET, pwosesis konsepsyon an se konsepsyon rainur la,yon bò pou evite vyolasyon patant(Infineon, Rohm, ST, elatriye, gen yon patant), epi yon lòt bò pousatisfè fabrikabilite ak depans fabrikasyon yo.
fabrikasyon wafer
Apre yo fin konsepsyon pwodwi a, li antre nan etap fabrikasyon wafer la,epi pwosesis la sanble apeprè ak sa ki nan Silisyòm, ki gen sitou 5 etap sa yo.
☆Etap 1: Enjekte mask la
Yo fè yon kouch fim oksid Silisyòm (SiO2), yo kouvri fotorezist la, yo fòme modèl fotorezist la atravè etap omojenizasyon, ekspozisyon, devlopman, elatriye, epi yo transfere figi a nan fim oksid la atravè pwosesis grave a.
☆Etap 2: Enplantasyon iyon
Yo mete waf silikon karbid maske a nan yon enplantatè iyon, kote yo enjekte iyon aliminyòm pou fòme yon zòn dopan tip P, epi yo trete l pou aktive iyon aliminyòm yo.
Yo retire fim oksid la, yo enjekte iyon nitwojèn nan yon rejyon espesifik nan rejyon dopan tip P a pou fòme yon rejyon kondiktif tip N nan drenaj la ak sous la, epi yo trete iyon nitwojèn enplante yo pou aktive yo.
☆Etap 3: Fè griy la
Fè griy la. Nan zòn ki genyen ant sous la ak drenaj la, kouch oksid pòtay la prepare pa yon pwosesis oksidasyon nan tanperati ki wo, epi kouch elektwòd pòtay la depoze pou fòme estrikti kontwòl pòtay la.
☆Etap 4: Fè kouch pasivasyon yo
Kouch pasivasyon an fèt. Depoze yon kouch pasivasyon ki gen bon karakteristik izolasyon pou anpeche pann ant elektwòd yo.
☆Etap 5: Fè elektwòd sous-drenaj yo
Fè drenaj la ak sous la. Yo pèfore kouch pasivasyon an epi yo flite metal la pou fòme yon drenaj ak yon sous.
Sous foto: Xinxi Capital
Malgre ke gen yon ti diferans ant nivo pwosesis la ak sa ki baze sou Silisyòm, akòz karakteristik materyèl carbure Silisyòm yo,Enplantasyon iyon ak rekwit bezwen fèt nan yon anviwònman tanperati ki wo(jiska 1600 ° C), tanperati ki wo ap afekte estrikti rezo materyèl la li menm, epi difikilte a ap afekte tou sede a.
Anplis de sa, pou konpozan MOSFET yo,Kalite oksijèn nan pòtay la afekte dirèkteman mobilite kanal la ak fyab pòtay la., paske gen de kalite atòm Silisyòm ak atòm kabòn nan materyèl carbure Silisyòm lan.
Se poutèt sa, yon metòd kwasans mwayen pòtay espesyal nesesè (yon lòt pwen se ke fèy carbure Silisyòm lan transparan, epi aliyman pozisyon nan etap fotolitografi a difisil pou Silisyòm).
Apre yo fin fabrike waf la, yo koupe chak chip an yon chip san melanj epi yo ka pake l selon objektif la. Pwosesis komen pou aparèy diskrè yo se anbalaj TO.
MOSFET CoolSiC™ 650V nan pakè TO-247
Foto: Infineon
Jaden otomobil la gen gwo bezwen pou pouvwa ak dissipation chalè, e pafwa li nesesè pou konstwi sikui pon dirèkteman (demi pon oswa pon konplè, oswa dirèkteman pake ak dyòd).
Se poutèt sa, souvan yo pake li dirèkteman nan modil oswa sistèm. Selon kantite chip ki pake nan yon sèl modil, fòm komen an se 1 nan 1 (BorgWarner), 6 nan 1 (Infineon), elatriye, epi gen kèk konpayi ki itilize yon konplo paralèl yon sèl tib.
Vipè Borgwarner
Sipòte refwadisman dlo doub-fas ak SiC-MOSFET
Modil MOSFET Infineon CoolSiC™
Kontrèman ak Silisyòm,Modil carbure Silisyòm yo fonksyone nan yon tanperati ki pi wo, anviwon 200 °C.
Tanperati soudaj mou tradisyonèl la ba, li pa ka satisfè egzijans tanperati yo. Se poutèt sa, modil carbure Silisyòm yo souvan itilize pwosesis soudaj sinterizasyon ajan ki ba tanperati.
Apre modil la fini, li ka aplike nan sistèm pyès yo.
Kontwolè motè Tesla Model3
Chip toutouni an soti nan ST, pake pwòp tèt li devlope ak sistèm kondwi elektrik
☆02 Sitiyasyon aplikasyon SiC a?
Nan domèn otomobil la, aparèy pouvwa yo sitou itilize nanDCDC, OBC, envèstisè motè, envèstisè èkondisyone elektrik, chaje san fil ak lòt patiki mande konvèsyon rapid AC/DC (DCDC aji sitou kòm yon switch rapid).
Foto: BorgWarner
Konpare ak materyèl ki baze sou silikon, materyèl SIC yo gen plis...fòs chan mayetik avalanch kritik(3×106V/cm),pi bon konduktivite tèmik(49W/mK) akespas bann ki pi laj(3.26eV).
Plis espas bann lan laj, se mwens kouran flit la epi se plis efikasite a wo. Pi bon konduktivite tèmik la, se plis dansite kouran an wo. Plis chan mayetik kritik la fò, se plis rezistans vòltaj aparèy la ka amelyore.
Se poutèt sa, nan domèn vòltaj segondè entegre a, MOSFET ak SBD prepare ak materyèl carbure Silisyòm pou ranplase konbinezon IGBT ak FRD ki baze sou Silisyòm ki deja egziste a ka efektivman amelyore pouvwa ak efikasite,espesyalman nan senaryo aplikasyon gwo frekans pou diminye pèt komitasyon.
Kounye a, li gen plis chans pou reyalize aplikasyon sou gwo echèl nan envèstisè motè, ki te swiv pa OBC ak DCDC.
Platfòm vòltaj 800V
Nan platfòm vòltaj 800V a, avantaj frekans ki wo a fè antrepriz yo plis anvi chwazi solisyon SiC-MOSFET la. Se poutèt sa, pifò nan planifikasyon kontwòl elektwonik 800V aktyèl yo se SiC-MOSFET.
Planifikasyon nivo platfòm lan gen ladan lE-GMP modèn, GM Otenergy – jaden pickup, Porsche PPE, ak Tesla EPA.Eksepte pou modèl platfòm Porsche PPE ki pa pote SiC-MOSFET eksplisitman (premye modèl la se IGBT ki baze sou silica), lòt platfòm machin yo adopte konplo SiC-MOSFET.
Platfòm enèji inivèsèl Ultra
Planifikasyon modèl 800V a se plis,mak Great Wall Salon Jiagirong la, Beiqi pole Fox S HI vèsyon an, machin ideyal S01 ak W01, Xiaopeng G9, BMW NK1Changan Avita E11 te di ke li pral pote platfòm 800V a, anplis BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen te di tou ke teknoloji 800V nan rechèch.
Apati sitiyasyon kòmand 800V yo te jwenn nan men founisè Tier1 yo,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, ak Huichuantout te anonse kòmand pou motè elektrik 800V.
Platfòm vòltaj 400V
Nan platfòm vòltaj 400V a, SiC-MOSFET yo sitou pran an konsiderasyon gwo pouvwa ak dansite pouvwa ak gwo efikasite.
Tankou motè Tesla Model 3\Y ki pwodui an mas kounye a, puisans pik motè BYD Hanhou a se anviwon 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO pral itilize tou pwodwi SiC-MOSFET yo apati ET7 ak ET5 ke nou pral lis pita. Puisans pik la se 240Kw (ET5 210Kw).
Anplis de sa, nan pèspektiv efikasite segondè, gen kèk antrepriz ki ap eksplore tou posibilite pou itilize pwodwi SiC-MOSFET inondasyon oksilyè.
Dat piblikasyon: 8 Jiyè 2023
