Konpare ak semi-conducteurs pouvwa ki baze sou Silisyòm, SiC (Silisyòm carbure) semi-conducteurs pouvwa gen avantaj enpòtan nan chanje frekans, pèt, dissipation chalè, miniaturization, elatriye.
Avèk pwodiksyon an gwo echèl nan varyateur carbure Silisyòm pa Tesla, plis konpayi yo te kòmanse tou ateri pwodwi carbure Silisyòm.
SiC se konsa "etonan", ki jan sou latè li te fè?Ki aplikasyon yo ye kounye a?Ann wè!
01 ☆ Nesans yon SiC
Menm jan ak lòt semi-conducteurs pouvwa, chèn endistri a SiC-MOSFET gen ladannlong kristal - substra - epitaksi - konsepsyon - fabrikasyon - anbalaj lyen.
Long kristal
Pandan lyen kristal long la, kontrèman ak preparasyon metòd Tira ki itilize pa yon sèl kristal Silisyòm, carbure Silisyòm sitou adopte metòd transpò fizik fizik (PVT, ke yo rele tou Lly amelyore oswa metòd sublimasyon kristal grenn), metòd depo gaz chimik tanperati ki wo (HTCVD). ) sipleman.
☆ Etap debaz
1. Carbonic solid matyè premyè;
2. Apre chofaj, solid carbure la vin gaz;
3. Gaz deplase nan sifas la nan kristal grenn nan;
4. Gaz grandi sou sifas kristal grenn nan yon kristal.
Sous foto: "Pwen teknik pou demonte PVT kwasans silikon carbure"
Diferan atizana te lakòz de gwo dezavantaj konpare ak baz Silisyòm:
Premyèman, pwodiksyon an difisil ak sede a ba.Tanperati faz gaz ki baze sou kabòn ap grandi pi wo pase 2300 ° C ak presyon an se 350MPa.Se tout bwat nwa a te pote soti, epi li fasil melanje nan enpurte.Sede a pi ba pase baz Silisyòm lan.Pi gwo dyamèt la, se pi ba pwodiksyon an.
Dezyèm lan se kwasans dousman.Gouvènans metòd PVT a trè dousman, vitès la se sou 0.3-0.5mm / h, epi li ka grandi 2cm nan 7 jou.Maksimòm nan ka grandi sèlman 3-5cm, ak dyamèt ingot kristal la se sitou 4 pous ak 6 pous.
72H ki baze sou Silisyòm ka grandi nan yon wotè 2-3m, ak dyamèt sitou 6 pous ak 8-pous nouvo kapasite pwodiksyon pou 12 pous.Se poutèt sa, carbure Silisyòm yo rele souvan ingot kristal, ak Silisyòm vin tounen yon baton kristal.
Carbide Silisyòm kristal lengote
Substra
Apre kristal long la fini, li antre nan pwosesis pwodiksyon substra a.
Apre koupe vize, fanm k'ap pile (broyage ki graj, fanm k'ap pile amann), polisaj (polisaj mekanik), polisaj ultra-presizyon (polisaj chimik mekanik), substra a carbure Silisyòm jwenn.
Substra a sitou jwewòl nan sipò fizik, konduktiviti tèmik ak konduktivite.Difikilte pou pwosesis la se ke materyèl la carbure Silisyòm se wo, kroustiyan, ak ki estab nan pwopriyete chimik.Se poutèt sa, metòd pwosesis tradisyonèl ki baze sou Silisyòm yo pa apwopriye pou substra carbure Silisyòm.
Bon jan kalite a nan efè a koupe dirèkteman afekte pèfòmans ak efikasite itilizasyon (pri) nan pwodwi carbure Silisyòm, kidonk li oblije piti, epesè inifòm, ak koupe ba.
Kounye a,4-pous ak 6-pous sitou itilize ekipman koupe milti-liy,koupe kristal Silisyòm nan tranch mens ak yon epesè ki pa plis pase 1mm.
Multi-liy koupe dyagram schematic
Nan lavni an, ak ogmantasyon nan gwosè a nan kabonize Silisyòm wafers, ogmantasyon nan kondisyon itilizasyon materyèl yo ap ogmante, ak teknoloji tankou tranch lazè ak separasyon frèt yo pral tou piti piti aplike.
Nan 2018, Infineon te achte Siltectra GmbH, ki te devlope yon pwosesis inovatè ke yo rekonèt kòm fann frèt.
Konpare ak pèt tradisyonèl milti-fil koupe pwosesis la nan 1/4,pwosesis la fann frèt sèlman pèdi 1/8 nan materyèl la carbure Silisyòm.
Ekstansyon
Depi materyèl la carbure Silisyòm pa ka fè aparèy pouvwa dirèkteman sou substra a, divès kalite aparèy yo nesesè sou kouch ekstansyon an.
Se poutèt sa, apre yo fin pwodiksyon an nan substra a fini, yon espesifik sèl kristal mens fim grandi sou substra a atravè pwosesis la ekstansyon.
Kounye a, se pwosesis metòd depo chimik gaz (CVD) sitou itilize.
Design
Apre yo fin fè substra a, li antre nan etap konsepsyon pwodwi a.
Pou MOSFET, konsantre nan pwosesis konsepsyon an se konsepsyon Groove la,sou yon bò pou evite vyolasyon patant(Infineon, Rohm, ST, elatriye, gen layout patant), ak lòt bò asatisfè fabrikasyon ak pri fabrikasyon yo.
Fabrikasyon wafer
Apre konsepsyon pwodwi a fini, li antre nan etap fabrikasyon wafer la,ak pwosesis la se apeprè menm jan ak sa yo ki nan Silisyòm, ki sitou gen 5 etap sa yo.
☆ Etap 1: Enjekte mask la
Yo fè yon kouch fim oksid Silisyòm (SiO2), fotorezist la kouvwi, modèl fotorezist la fòme atravè etap omojenizasyon, ekspoze, devlopman, elatriye, epi figi a transfere nan fim oksid atravè pwosesis la grave.
☆Etap 2: Ion implantation
Yo mete wafer nan carbure Silisyòm maske nan yon implanter iyon, kote iyon aliminyòm yo enjekte yo fòme yon zòn dopan P-tip, ak rkwit yo aktive iyon yo aliminyòm implanted.
Se fim nan oksid retire, iyon nitwojèn yo sou fòm piki nan yon rejyon espesifik nan rejyon an dopan P-kalite yo fòme yon rejyon kondiktif N-kalite nan drenaj la ak sous, ak iyon yo azòt implanted yo rkwit yo aktive yo.
☆Etap 3: Fè kadriyaj la
Fè griy la.Nan zòn ki genyen ant sous la ak drenaj, kouch oksid pòtay la prepare pa pwosesis oksidasyon tanperati ki wo, epi kouch elektwòd pòtay la depoze pou fòme estrikti kontwòl pòtay la.
☆ Etap 4: Fè kouch pasivasyon
Kouch pasivasyon fèt.Depoze yon kouch pasivasyon ak bon karakteristik izolasyon pou anpeche pann entè-elektwòd.
☆Etap 5: Fè elektwòd drenaj-sous
Fè drenaj ak sous.Se kouch pasivasyon an detache ak metal se sputtered pou fòme yon drenaj ak yon sous.
Sous foto: Xinxi Capital
Malgre ke gen ti diferans ant nivo pwosesis la ak Silisyòm ki baze sou, akòz karakteristik sa yo nan materyèl carbure Silisyòm,enplantasyon iyon ak rkwit bezwen yo dwe te pote soti nan yon anviwònman tanperati ki wo(jiska 1600 ° C), tanperati ki wo pral afekte estrikti nan lasi nan materyèl la tèt li, ak difikilte pou la pral afekte tou sede a.
Anplis de sa, pou eleman MOSFET,bon jan kalite a nan oksijèn pòtay dirèkteman afekte mobilite nan kanal ak fyab pòtay, paske gen de kalite Silisyòm ak atòm kabòn nan materyèl la carbure Silisyòm.
Se poutèt sa, yo mande yon metòd espesyal pou kwasans mwayen pòtay (yon lòt pwen se ke fèy carbure Silisyòm lan transparan, ak aliyman pozisyon nan etap fotolitografi a difisil pou Silisyòm).
Apre fabrikasyon wafer la fini, chip endividyèl la koupe nan yon chip fè epi yo ka pake selon objektif la.Pwosesis komen pou aparèy disrè se TO package.
650V CoolSiC™ MOSFET nan pake TO-247
Foto: Infineon
Jaden otomobil la gen gwo pouvwa ak kondisyon dissipation chalè, epi pafwa li nesesè dirèkteman bati sikui pon (mwatye pon oswa pon plen, oswa dirèkteman pake ak dyod).
Se poutèt sa, li souvan pake dirèkteman nan modil oswa sistèm.Dapre kantite chips pake nan yon modil sèl, fòm komen an se 1 nan 1 (BorgWarner), 6 nan 1 (Infineon), elatriye, ak kèk konpayi itilize yon sèl-tib konplo paralèl.
Borgwarner sèpan
Sipòte refwadisman dlo doub-side ak SiC-MOSFET
Modil MOSFET Infineon CoolSiC™
Kontrèman ak Silisyòm,modil carbure Silisyòm opere nan yon tanperati ki pi wo, apeprè 200 ° C.
Tradisyonèl tanperati mou soude tanperati pwen k ap fonn se ba, pa ka satisfè kondisyon tanperati yo.Se poutèt sa, modil carbure Silisyòm souvan sèvi ak ba-tanperati ajan SINTERING soude pwosesis.
Apre modil la fini, li ka aplike nan sistèm pati yo.
Tesla Model3 kontwolè motè
Chip la fè soti nan ST, pwòp tèt ou-devlope pake ak sistèm kondwi elektrik
☆02 Estati aplikasyon SiC?
Nan jaden otomobil la, aparèy pouvwa yo sitou itilize nanDCDC, OBC, motè varyateur, elektrik èkondisyone varyateur, chaje san fil ak lòt patiki mande pou AC/DC konvèsyon rapid (DCDC sitou aji kòm yon switch vit).
Foto: BorgWarner
Konpare ak materyèl Silisyòm ki baze sou, materyèl SIC gen pi wofòs lavalas dekonpozisyon kritik(3×106V/cm),pi bon konduktiviti tèmik(49W/mK) akpi laj band gap(3.26eV).
Pi laj diferans nan gwoup, pi piti aktyèl la flit ak pi wo efikasite a.Pi bon konduktiviti tèmik la, se pi wo dansite aktyèl la.Pi fò jaden an pann lavalas kritik se, rezistans nan vòltaj nan aparèy la ka amelyore.
Se poutèt sa, nan jaden an nan vòltaj segondè sou-tablo, MOSFETs ak SBD prepare pa materyèl carbure Silisyòm ranplase ki deja egziste ki baze sou Silisyòm IGBT ak FRD konbinezon ka efektivman amelyore pouvwa ak efikasite,espesyalman nan senaryo aplikasyon segondè frekans diminye pèt chanje.
Kounye a, li gen plis chans reyalize aplikasyon gwo-echèl nan varyateur motè, ki te swiv pa OBC ak DCDC.
Platfòm vòltaj 800V
Nan platfòm la vòltaj 800V, avantaj nan frekans segondè fè antrepriz plis enkline yo chwazi solisyon SiC-MOSFET.Se poutèt sa, pi fò nan aktyèl 800V kontwòl elektwonik planifikasyon SiC-MOSFET.
Planifikasyon nan nivo platfòm gen ladanmodèn E-GMP, GM Otenergy - jaden pickup, Porsche PPE, ak Tesla EPA.Eksepte pou modèl platfòm Porsche PPE ki pa klèman pote SiC-MOSFET (premye modèl la se IGBT ki baze sou silice), lòt platfòm machin adopte rapid SiC-MOSFET.
Inivèsèl platfòm enèji Ultra
800V planifikasyon modèl se pi plis,Great Wall Salon mak Jiagirong, Beiqi poto Fox S HI vèsyon, ideyal machin S01 ak W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 te di ke li pral pote 800V platfòm, nan adisyon a BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zewo Run, FAW Red Flag, Volkswagen te di tou 800V teknoloji nan rechèch.
Soti nan sitiyasyon an nan lòd 800V jwenn pa founisè Tier1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, ak Huichuantout te anonse 800V elektrik kondwi lòd.
400V platfòm vòltaj
Nan platfòm la vòltaj 400V, SiC-MOSFET se sitou nan konsiderasyon nan gwo pouvwa ak dansite pouvwa ak efikasite segondè.
Tankou Tesla Model 3\Y motè ki te pwodwi an mas kounye a, pik pouvwa motè BYD Hanhou se apeprè 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO pral sèvi ak pwodwi SiC-MOSFET tou kòmanse nan ET7. ak ET5 a ki pral nan lis pita.Pik pouvwa se 240Kw (ET5 210Kw).
Anplis de sa, nan pèspektiv nan efikasite segondè, kèk antrepriz yo ap eksplore tou posibilite nan inondasyon oksilyè pwodwi SiC-MOSFET.
Lè poste: 08-Jul-2023