Newyddion - Pam fod SiC mor “dwyfol”?

O'u cymharu â lled-ddargludyddion pŵer sy'n seiliedig ar silicon, mae gan lled-ddargludyddion pŵer SiC (silicon carbide) fanteision sylweddol o ran amlder newid, colled, afradu gwres, miniaturization, ac ati.

Gyda chynhyrchiad ar raddfa fawr o wrthdroyddion carbid silicon gan Tesla, mae mwy o gwmnïau hefyd wedi dechrau glanio cynhyrchion carbid silicon.

Mae SiC mor “anhygoel”, sut ar y ddaear y cafodd ei wneud? Beth yw'r ceisiadau nawr? Gawn ni weld!

01 ☆ Genedigaeth SiC

Fel lled-ddargludyddion pŵer eraill, mae cadwyn diwydiant SiC-MOSFET yn cynnwysy grisial hir – swbstrad – epitacsi – dylunio – gweithgynhyrchu – cyswllt pecynnu.

Grisial hir

Yn ystod y cyswllt grisial hir, yn wahanol i baratoi'r dull Tira a ddefnyddir gan silicon grisial sengl, mae carbid silicon yn bennaf yn mabwysiadu dull cludo nwy corfforol (PVT, a elwir hefyd yn ddull sychdarthiad grisial gwell Lly neu hadau), dull dyddodiad nwy cemegol tymheredd uchel ( HTCVD ) atchwanegiadau.

☆ Cam craidd

1. deunydd crai solet carbonig;

2. Ar ôl gwresogi, mae'r solet carbid yn dod yn nwy;

3. Nwy yn symud i wyneb y grisial hadau;

4. Mae nwy yn tyfu ar wyneb y grisial had yn grisial.

Ffynhonnell llun: “Pwynt Technegol i ddadosod carbid silicon twf PVT”

Mae crefftwaith gwahanol wedi achosi dwy anfantais fawr o'i gymharu â'r sylfaen silicon:

Yn gyntaf, mae cynhyrchu yn anodd ac mae'r cynnyrch yn isel.Mae tymheredd y cyfnod nwy sy'n seiliedig ar garbon yn tyfu uwchlaw 2300 ° C ac mae'r pwysedd yn 350MPa. Mae'r blwch tywyll cyfan yn cael ei wneud, ac mae'n hawdd ei gymysgu'n 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 / h, a gall dyfu 2cm mewn 7 diwrnod. Dim ond 3-5cm y gall yr uchafswm dyfu, ac mae diamedr yr ingot grisial yn bennaf yn 4 modfedd a 6 modfedd.

Gall y 72H sy'n seiliedig ar Silicon dyfu i uchder o 2-3m, gyda diamedrau yn bennaf 6 modfedd a chynhwysedd cynhyrchu newydd 8 modfedd am 12 modfedd.Felly, gelwir carbid silicon yn aml yn ingot grisial, ac mae silicon yn dod yn ffon grisial.

Ingotau grisial 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 dirwy), sgleinio (sgleinio mecanyddol), sgleinio uwch-fanwl (sgleinio mecanyddol cemegol), ceir y swbstrad carbid silicon.

Mae'r swbstrad yn chwarae'n bennafrôl cymorth corfforol, dargludedd thermol a dargludedd.Anhawster prosesu yw bod y deunydd carbid silicon yn uchel, yn grensiog, ac yn sefydlog mewn eiddo cemegol. Felly, nid yw dulliau prosesu traddodiadol sy'n seiliedig ar silicon yn addas ar gyfer swbstrad carbid silicon.

Mae ansawdd yr effaith dorri yn effeithio'n uniongyrchol ar berfformiad ac effeithlonrwydd defnydd (cost) cynhyrchion carbid silicon, 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 dafelli tenau gyda thrwch o ddim mwy na 1mm.

Diagram sgematig torri aml-linell

Yn y dyfodol, gyda'r cynnydd ym maint wafferi silicon carbonedig, bydd y cynnydd mewn gofynion defnyddio deunydd yn cynyddu, a bydd technolegau megis sleisio laser a gwahanu oer hefyd yn cael eu cymhwyso'n raddol.

Yn 2018, cafodd Infineon Siltectra GmbH, a ddatblygodd broses arloesol o'r enw cracio oer.

O'i gymharu â'r broses dorri aml-wifren draddodiadol colli 1/4,dim ond 1/8 o'r deunydd carbid silicon a gollodd y broses gracio oer.

Estyniad

Gan na all y deunydd carbid silicon wneud dyfeisiau pŵer yn uniongyrchol ar y swbstrad, mae angen dyfeisiau amrywiol ar yr haen estyniad.

Felly, ar ôl i gynhyrchu'r swbstrad gael ei gwblhau, mae ffilm denau grisial sengl benodol yn cael ei dyfu ar y swbstrad trwy'r broses ymestyn.

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'r cam dylunio cynnyrch.

Ar gyfer MOSFET, ffocws y broses ddylunio yw dyluniad y rhigol,ar y naill law i osgoi torri patent(Mae gan Infineon, Rohm, ST, ac ati, osodiad patent), ac ar y llaw arall icwrdd â'r costau gweithgynhyrchu a gweithgynhyrchu.

Gwneuthuriad wafferi

Ar ôl i'r dyluniad cynnyrch gael ei gwblhau, mae'n mynd i mewn i'r cam gweithgynhyrchu wafferi,ac mae'r broses yn fras yn debyg i un silicon, sydd â'r 5 cam canlynol yn bennaf.

☆ Cam 1: Chwistrellwch y mwgwd

Gwneir haen o ffilm silicon ocsid (SiO2), mae'r ffotoresist wedi'i orchuddio, mae'r patrwm photoresist yn cael ei ffurfio trwy'r camau o homogenization, datguddiad, datblygiad, ac ati, ac mae'r ffigur yn cael ei drosglwyddo i'r ffilm ocsid trwy'r broses ysgythru.

☆Cam 2: Mewnblannu Ion

Mae'r wafer carbid silicon wedi'i guddio yn cael ei roi mewn mewnblanwr ïon, lle mae ïonau alwminiwm yn cael eu chwistrellu i ffurfio parth dopio math P, a'u hanelio i actifadu'r ïonau alwminiwm sydd wedi'u mewnblannu.

Mae'r ffilm ocsid yn cael ei thynnu, mae ïonau nitrogen yn cael eu chwistrellu i ranbarth penodol o'r rhanbarth dopio math P i ffurfio rhanbarth dargludol math N o'r draen a'r ffynhonnell, ac mae'r ïonau nitrogen wedi'u mewnblannu yn cael eu hanelio i'w actifadu.

☆ Cam 3: Gwnewch y grid

Gwnewch y grid. Yn yr ardal rhwng y ffynhonnell a'r draen, mae'r haen giât ocsid yn cael ei baratoi gan broses ocsideiddio tymheredd uchel, ac mae'r haen electrod giât yn cael ei adneuo i ffurfio strwythur rheoli'r giât.

☆Cam 4: Gwneud haenau passivation

Gwneir haen passivation. Adneuo haen passivation gyda nodweddion inswleiddio da i atal chwalu rhyng-electrod.

☆Cam 5: Gwneud electrodau ffynhonnell draen

Gwneud draen a ffynhonnell. Mae'r haen passivation yn dyllog a metel yn cael ei sputtered i ffurfio draen a ffynhonnell.

Ffynhonnell Llun: Xinxi Capital

Er nad oes llawer o wahaniaeth rhwng lefel y broses a lefel y silicon, oherwydd nodweddion deunyddiau carbid silicon,mae angen mewnblannu ac anelio ïon 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 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 carbid silicon.

Felly, mae angen dull twf canolig giât arbennig (pwynt arall yw bod y daflen carbid silicon yn dryloyw, ac mae'r aliniad sefyllfa ar y cam ffotolithograffeg yn anodd i silicon).

Ar ôl i'r gweithgynhyrchu wafer gael ei gwblhau, 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 pecyn TO.

MOSFETs 650V CoolSiC™ mewn pecyn TO-247

Llun: Infineon

Mae gan y maes modurol ofynion pŵer a disipiad gwres uchel, ac weithiau mae angen adeiladu cylchedau pontydd yn uniongyrchol (hanner pont neu bont lawn, neu eu pecynnu'n uniongyrchol â 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 carbid silicon yn gweithredu ar dymheredd uwch, tua 200 ° C.

Mae tymheredd pwynt toddi meddal solder meddal traddodiadol yn isel, ni all fodloni'r gofynion tymheredd. Felly, mae modiwlau carbid silicon yn aml yn defnyddio proses weldio sintering arian tymheredd isel.

Ar ôl cwblhau'r modiwl, gellir ei gymhwyso i'r system rannau.

Rheolydd modur Tesla Model3

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, codi tâl di-wifr 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 chwalu eirlithriadau critigol(3×106V/cm),dargludedd thermol gwell(49W/mK) abwlch band ehangach(3.26eV).

Po fwyaf yw'r bwlch band, y lleiaf yw'r cerrynt gollyngiadau a'r uchaf yw'r effeithlonrwydd. Po orau yw'r dargludedd thermol, yr uchaf yw'r dwysedd presennol. Po gryfaf yw'r maes chwalu eirlithriadau critigol, gellir gwella ymwrthedd foltedd y ddyfais.

Felly, ym maes foltedd uchel ar y bwrdd, gall MOSFETs a SBD a baratowyd gan ddeunyddiau carbid silicon i ddisodli'r cyfuniad IGBT a FRD presennol sy'n seiliedig ar silicon wella pŵer ac effeithlonrwydd yn effeithiol,yn enwedig mewn senarios cais 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.

Llwyfan foltedd 800V

Yn y llwyfan foltedd 800V, mae mantais amledd uchel yn gwneud mentrau'n fwy tueddol o ddewis datrysiad SiC-MOSFET. Felly, mae'r rhan fwyaf o'r cynllunio rheoli electronig 800V presennol SiC-MOSFET.

Mae cynllunio ar lefel platfform yn cynnwysE-GMP modern, GM Otenergy - maes codi, Porsche PPE, a Tesla EPA.Ac eithrio modelau platfform Porsche PPE nad ydynt yn cario SiC-MOSFET yn benodol (y model cyntaf yw IGBT sy'n seiliedig ar silica), mae llwyfannau cerbydau eraill yn mabwysiadu cynlluniau SiC-MOSFET.

Llwyfan ynni Ultra Universal

Mae cynllunio model 800V yn fwy,y Wal Fawr Salon brand Jiagirong, Beiqi polyn Fox S HI fersiwn, car delfrydol S01 a W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Dywedodd Changan Avita E11 y bydd yn cario llwyfan 800V, yn ychwanegol at BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, sero Run, Baner Goch FAW, dywedodd Volkswagen hefyd dechnoleg 800V mewn ymchwil.

O'r sefyllfa o orchmynion 800V a gafwyd gan gyflenwyr Haen 1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, a Huichuancyhoeddodd pob un ohonynt orchmynion gyriant trydan 800V.

Llwyfan foltedd 400V

Yn y llwyfan foltedd 400V, mae SiC-MOSFET yn bennaf wrth ystyried pŵer uchel a dwysedd pŵer ac effeithlonrwydd uchel.

Fel y modur Tesla Model 3\Y sydd wedi'i fasgynhyrchu nawr, 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 fydd yn cael eu rhestru yn ddiweddarach. Pŵer brig yw 240Kw (ET5 210Kw).