O'i gymharu â lled-ddargludyddion pŵer sy'n seiliedig ar silicon, mae gan led-ddargludyddion pŵer SiC (silicon carbide) fanteision sylweddol o ran amledd newid, colled, afradu gwres, miniatureiddio, ac ati.
Gyda chynhyrchu gwrthdroyddion silicon carbid ar raddfa fawr gan Tesla, mae mwy o gwmnïau hefyd wedi dechrau glanio cynhyrchion silicon carbid.
Mae SiC mor “anhygoel”, sut ar y ddaear y cafodd ei wneud? Beth yw’r cymwysiadau nawr? Gadewch i ni weld!
01 ☆ Geni SiC
Fel lled-ddargludyddion pŵer eraill, mae cadwyn y diwydiant SiC-MOSFET yn cynnwysy cyswllt grisial hir – swbstrad – epitacsi – dylunio – gweithgynhyrchu – pecynnu.
Grisial hir
Yn ystod y ddolen grisial hir, yn wahanol i'r dull paratoi Tira a ddefnyddir gan silicon grisial sengl, mae carbid silicon yn bennaf yn mabwysiadu dull cludo nwy ffisegol (PVT, a elwir hefyd yn ddull Lly gwell neu ddull dyrnu crisial hadau), ac atchwanegiadau dull dyddodiad nwy cemegol tymheredd uchel (HTCVD).
☆ Cam craidd
1. Deunydd crai solet carbonig;
2. Ar ôl gwresogi, mae'r solid carbid yn dod yn nwy;
3. Mae nwy yn symud i wyneb y grisial hadau;
4. Mae nwy yn tyfu ar wyneb y grisial hadau yn grisial.
Ffynhonnell y llun: “Pwynt Technegol i ddadosod silicon carbid twf PVT”
Mae crefftwaith gwahanol wedi achosi dau anfantais fawr o'i gymharu â'r sylfaen silicon:
Yn gyntaf, mae cynhyrchu'n anodd ac mae'r cynnyrch yn isel.Mae tymheredd y cyfnod nwy sy'n seiliedig ar garbon yn codi uwchlaw 2300 ° C ac mae'r pwysau'n 350 MPa. Mae'r blwch tywyll cyfan yn cael ei gario allan, ac mae'n hawdd ei gymysgu i mewn i amhureddau. Mae'r cynnyrch yn is na'r sylfaen silicon. Po fwyaf yw'r diamedr, yr isaf yw'r cynnyrch.
Yr ail yw twf araf.Mae llywodraethu'r dull PVT yn araf iawn, mae'r cyflymder tua 0.3-0.5mm/awr, a gall dyfu 2cm mewn 7 diwrnod. Dim ond 3-5cm y gall dyfu ar y mwyaf, ac mae diamedr yr ingot crisial yn bennaf yn 4 modfedd a 6 modfedd.
Gall y 72H sy'n seiliedig ar silicon dyfu i uchder o 2-3m, gyda diamedrau o 6 modfedd yn bennaf a chynhwysedd cynhyrchu newydd o 8 modfedd ar gyfer 12 modfedd.Felly, gelwir silicon carbid yn aml yn ingot grisial, ac mae silicon yn dod yn ffon grisial.
Ingotau crisial silicon carbid
Swbstrad
Ar ôl i'r grisial hir gael ei gwblhau, mae'n mynd i mewn i broses gynhyrchu'r swbstrad.
Ar ôl torri wedi'i dargedu, malu (malu garw, malu mân), caboli (caboli mecanyddol), caboli uwch-fanwl (caboli cemegol mecanyddol), ceir y swbstrad silicon carbid.
Mae'r swbstrad yn chwarae'n bennafrôl cefnogaeth gorfforol, dargludedd thermol a dargludedd.Yr anhawster prosesu yw bod gan y deunydd silicon carbid briodweddau cemegol uchel, creisionllyd, a sefydlog. Felly, nid yw dulliau prosesu traddodiadol sy'n seiliedig ar silicon yn addas ar gyfer swbstrad silicon carbid.
Mae ansawdd yr effaith dorri yn effeithio'n uniongyrchol ar berfformiad ac effeithlonrwydd defnyddio (cost) cynhyrchion silicon carbide, felly mae'n ofynnol iddo fod yn fach, trwch unffurf, a thorri isel.
Ar hyn o bryd,Mae 4 modfedd a 6 modfedd yn bennaf yn defnyddio offer torri aml-linell,torri crisialau silicon yn sleisys tenau gyda thrwch o ddim mwy nag 1mm.
Diagram sgematig torri aml-linell
Yn y dyfodol, gyda chynnydd maint waferi silicon carbonedig, bydd y cynnydd mewn gofynion defnyddio deunyddiau yn cynyddu, a bydd technolegau fel sleisio laser a gwahanu oer hefyd yn cael eu cymhwyso'n raddol.
Yn 2018, cafodd Infineon Siltectra GmbH ei gaffael, a ddatblygodd broses arloesol o'r enw cracio oer.
O'i gymharu â'r golled broses dorri aml-wifren draddodiadol o 1/4,dim ond 1/8 o'r deunydd silicon carbid a gollwyd yn ystod y broses cracio oer.
Estyniad
Gan na all y deunydd silicon carbide wneud dyfeisiau pŵer yn uniongyrchol ar y swbstrad, mae angen gwahanol ddyfeisiau ar yr haen estyniad.
Felly, ar ôl cwblhau cynhyrchu'r swbstrad, mae ffilm denau grisial sengl benodol yn cael ei thyfu ar y swbstrad trwy'r broses estyniad.
Ar hyn o bryd, defnyddir y broses dull dyddodiad nwy cemegol (CVD) yn bennaf.
Dylunio
Ar ôl i'r swbstrad gael ei wneud, mae'n mynd i mewn i gam dylunio cynnyrch.
Ar gyfer MOSFET, ffocws y broses ddylunio yw dyluniad y rhigol,ar y naill law i osgoi torri patentau(Mae gan Infineon, Rohm, ST, ac ati, gynllun patent), ac ar y llaw arall icwrdd â'r costau gweithgynhyrchu a chynhyrchu.
Gwneuthuriad wafer
Ar ôl i ddyluniad y cynnyrch gael ei gwblhau, mae'n mynd i mewn i'r cam gweithgynhyrchu wafer,ac mae'r broses yn fras debyg i broses silicon, sydd â'r 5 cam canlynol yn bennaf.
☆Cam 1: Chwistrellwch y mwgwd
Gwneir haen o ffilm silicon ocsid (SiO2), mae'r ffotowrthwynebiad wedi'i orchuddio, mae'r patrwm ffotowrthwynebiad yn cael ei ffurfio trwy'r camau homogeneiddio, amlygu, datblygu, ac ati, ac mae'r ffigur yn cael ei drosglwyddo i'r ffilm ocsid trwy'r broses ysgythru.
☆Cam 2: Mewnblaniad ïon
Mae'r wafer silicon carbid wedi'i masgio yn cael ei rhoi mewn mewnblanwr ïonau, lle mae ïonau alwminiwm yn cael eu chwistrellu i ffurfio parth dopio math-P, ac yn cael eu hanelio i actifadu'r ïonau alwminiwm sydd wedi'u mewnblannu.
Caiff y ffilm ocsid ei thynnu, caiff ïonau nitrogen eu chwistrellu i ranbarth penodol o'r rhanbarth dopio math-P i ffurfio rhanbarth dargludol math-N o'r draen a'r ffynhonnell, ac caiff yr ïonau nitrogen sydd wedi'u mewnblannu eu hanelio i'w actifadu.
☆Cam 3: Gwnewch y grid
Gwnewch y grid. Yn yr ardal rhwng y ffynhonnell a'r draen, paratoir yr haen ocsid giât trwy broses ocsideiddio tymheredd uchel, ac mae'r haen electrod giât yn cael ei dyddodi i ffurfio'r strwythur rheoli giât.
☆Cam 4: Gwneud haenau goddefol
Gwneir haen oddefol. Dyddodwch haen oddefol gyda nodweddion inswleiddio da i atal chwalfa'r rhyngelectrod.
☆Cam 5: Gwneud electrodau ffynhonnell draen
Gwnewch y draen a'r ffynhonnell. Mae'r haen oddefol yn cael ei thyllu a chaiff y metel ei chwistrellu i ffurfio draen a ffynhonnell.
Ffynhonnell Llun: Xinxi Capital
Er nad oes llawer o wahaniaeth rhwng y lefel broses a'r rhai sy'n seiliedig ar silicon, oherwydd nodweddion deunyddiau carbid silicon,mae angen cynnal mewnblannu ac anelio ïonau mewn amgylchedd tymheredd uchel(hyd at 1600 ° C), bydd tymheredd uchel yn effeithio ar strwythur dellt y deunydd ei hun, a bydd yr anhawster hefyd yn effeithio ar y cynnyrch.
Yn ogystal, ar gyfer cydrannau MOSFET,mae ansawdd ocsigen y giât yn effeithio'n uniongyrchol ar symudedd y sianel a dibynadwyedd y giât, oherwydd bod dau fath o atomau silicon a charbon yn y deunydd silicon carbid.
Felly, mae angen dull twf cyfrwng giât arbennig (pwynt arall yw bod y ddalen silicon carbid yn dryloyw, ac mae'r aliniad safle yn y cam ffotolithograffeg yn anodd i silicon).
Ar ôl cwblhau'r broses o gynhyrchu'r wafer, caiff y sglodion unigol ei dorri'n sglodion noeth a gellir ei becynnu yn ôl y pwrpas. Y broses gyffredin ar gyfer dyfeisiau arwahanol yw pecynnu TO.
MOSFETau CoolSiC™ 650V mewn pecyn TO-247
Llun: Infineon
Mae gan y maes modurol ofynion uchel o ran pŵer a gwasgariad gwres, ac weithiau mae angen adeiladu cylchedau pont yn uniongyrchol (hanner pont neu bont lawn, neu eu pecynnu'n uniongyrchol gyda deuodau).
Felly, mae'n aml yn cael ei becynnu'n uniongyrchol i fodiwlau neu systemau. Yn ôl nifer y sglodion sydd wedi'u pecynnu mewn un modiwl, y ffurf gyffredin yw 1 mewn 1 (BorgWarner), 6 mewn 1 (Infineon), ac ati, ac mae rhai cwmnïau'n defnyddio cynllun cyfochrog un tiwb.
Borgwarner Viper
Yn cefnogi oeri dŵr dwy ochr a SiC-MOSFET
Modiwlau MOSFET Infineon CoolSiC™
Yn wahanol i silicon,Mae modiwlau silicon carbid yn gweithredu ar dymheredd uwch, tua 200 ° C.
Mae tymheredd pwynt toddi tymheredd sodr meddal traddodiadol yn isel, ac ni all fodloni'r gofynion tymheredd. Felly, mae modiwlau silicon carbide yn aml yn defnyddio proses weldio sinteru arian tymheredd isel.
Ar ôl i'r modiwl gael ei gwblhau, gellir ei gymhwyso i'r system rannau.
Rheolydd modur Tesla Model 3
Daw'r sglodion noeth o ST, pecyn hunanddatblygedig a system gyrru trydan
☆02 Statws cais SiC?
Yn y maes modurol, defnyddir dyfeisiau pŵer yn bennaf ynDCDC, OBC, gwrthdroyddion modur, gwrthdroyddion aerdymheru trydan, gwefru diwifr a rhannau eraillsydd angen trosi cyflym AC/DC (mae DCDC yn gweithredu fel switsh cyflym yn bennaf).
Llun: BorgWarner
O'i gymharu â deunyddiau sy'n seiliedig ar silicon, mae gan ddeunyddiau SIC uwchcryfder maes chwalfa eirlithriadau critigol(3×106V/cm),dargludedd thermol gwell(49W/mK) abwlch band ehangach(3.26eV).
Po fwyaf eang yw'r bwlch band, y lleiaf yw'r cerrynt gollyngiad a'r uchaf yw'r effeithlonrwydd. Gorau yw'r dargludedd thermol, yr uchaf yw'r dwysedd cerrynt. Cryfaf yw'r maes chwalfa eirlithriad critigol, y gellir gwella ymwrthedd foltedd y ddyfais.
Felly, ym maes foltedd uchel ar fwrdd, gall MOSFETau ac SBD a baratowyd gan ddeunyddiau silicon carbide i ddisodli'r cyfuniad IGBT a FRD presennol sy'n seiliedig ar silicon wella pŵer ac effeithlonrwydd yn effeithiol,yn enwedig mewn senarios cymwysiadau amledd uchel i leihau colledion newid.
Ar hyn o bryd, mae'n fwyaf tebygol o gyflawni cymwysiadau ar raddfa fawr mewn gwrthdroyddion modur, ac yna OBC a DCDC.
Platfform foltedd 800V
Yn y platfform foltedd 800V, mae mantais amledd uchel yn gwneud mentrau'n fwy tueddol o ddewis datrysiad SiC-MOSFET. Felly, mae'r rhan fwyaf o'r cynlluniau rheoli electronig 800V cyfredol yn defnyddio SiC-MOSFET.
Mae cynllunio ar lefel platfform yn cynnwysE-GMP modern, GM Otenergy – maes codi, PPE Porsche, ac EPA Tesla.Ac eithrio modelau platfform Porsche PPE nad ydynt yn cario SiC-MOSFET yn benodol (IGBT wedi'i seilio ar silica yw'r model cyntaf), mae llwyfannau cerbydau eraill yn mabwysiadu cynlluniau SiC-MOSFET.
Platfform ynni Universal Ultra
Mae cynllunio model 800V yn fwy,y brand Jiagirong o'r Great Wall Salon, fersiwn S HI o'r polyn Beiqi Fox, y car delfrydol S01 a W01, Xiaopeng G9, BMW NK1Dywedodd Changan Avita E11 y bydd yn cario platfform 800V, yn ogystal â BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, Zero Run, FAW Red Flag, dywedodd Volkswagen hefyd fod technoleg 800V mewn ymchwil.
O sefyllfa archebion 800V a gafwyd gan gyflenwyr Haen 1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, a Huichuanpob archeb gyriant trydan 800V a gyhoeddwyd.
Platfform foltedd 400V
Yn y platfform foltedd 400V, mae SiC-MOSFET yn bennaf wrth ystyried pŵer uchel a dwysedd pŵer ac effeithlonrwydd uchel.
Fel modur Tesla Model 3\Y sydd wedi cael ei gynhyrchu ar raddfa fawr erbyn hyn, mae pŵer brig modur BYD Hanhou tua 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), bydd NIO hefyd yn defnyddio cynhyrchion SiC-MOSFET gan ddechrau o ET7 a'r ET5 a restrir yn ddiweddarach. Y pŵer brig yw 240Kw (ET5 210Kw).
Yn ogystal, o safbwynt effeithlonrwydd uchel, mae rhai mentrau hefyd yn archwilio dichonoldeb cynhyrchion SiC-MOSFET llifogydd ategol.
Amser postio: Gorff-08-2023
