An coimeas ri semiconductors cumhachd stèidhichte air silicon, tha buannachdan mòra aig semiconductors cumhachd SiC (silicon carbide) ann a bhith ag atharrachadh tricead, call, sgaoileadh teas, miniaturization, msaa.
Le cinneasachadh mòr de inverters silicon carbide le Tesla, tha barrachd chompanaidhean cuideachd air tòiseachadh air toraidhean carbide silicon a thoirt gu tìr.
Tha SiC cho “iongantach”, ciamar air an talamh a chaidh a dhèanamh? Dè na tagraidhean a th’ ann a-nis? Chì sinn!
01 ☆ Breith SiC
Coltach ri semiconductors cumhachd eile, tha sreath gnìomhachais SiC-MOSFET a ’toirt a-steachan criostal fada - substrate - epitaxy - dealbhadh - saothrachadh - ceangal pacaidh.
Criostal fada
Rè a 'cheangal criostail fhada, eu-coltach ri ullachadh an dòigh Tira a chleachdar le silicon criostail singilte, bidh silicon carbide gu ìre mhòr a' gabhail ri dòigh còmhdhail gas corporra (PVT, ris an canar cuideachd dòigh leasaichte Lly no modh sublimation criostail sìol), dòigh tasgaidh gas ceimigeach aig teòthachd àrd (HTCVD). ) stuthan-taice.
☆ Ceum bunaiteach
1. Carbonic solid stuth amh;
2. Às deidh teasachadh, bidh an carbide solid a 'fàs gas;
3. Gluasad gas gu uachdar na criostal sìl;
4. Bidh gas a 'fàs air uachdar na criostal sìl a-steach do chriostail.
Stòr dealbh: “Ruadh Teicnigeach gus carbide silicon fàs PVT a thoirt air falbh”
Tha obair-ciùird eadar-dhealaichte air dà phrìomh eas-bhuannachd adhbhrachadh an taca ris a’ bhunait silicon:
An toiseach, tha cinneasachadh duilich agus tha an toradh ìosal.Bidh teòthachd an ìre gas stèidhichte air carbon a’ fàs os cionn 2300 ° C agus tha an cuideam 350MPa. Tha am bogsa dorcha gu lèir air a dhèanamh, agus tha e furasta a mheasgachadh ann an neo-chunbhalachd. Tha an toradh nas ìsle na am bunait silicon. Mar as motha an trast-thomhas, is ann as ìsle a bhios an toradh.
Is e an dàrna fear fàs slaodach.Tha riaghladh an dòigh PVT gu math slaodach, tha an astar timcheall air 0.3-0.5mm / h, agus faodaidh e fàs 2cm ann an 7 latha. Chan urrainn don ìre as àirde fàs ach 3-5cm, agus tha trast-thomhas an ingot criostail sa mhòr-chuid 4 òirleach agus 6 òirleach.
Faodaidh an 72H stèidhichte air Silicon fàs gu àirde 2-3m, le trast-thomhas mar as trice 6 òirleach agus comas cinneasachaidh ùr 8-òirleach airson 12 òirleach.Mar sin, is e ingot criostal a chanar ri silicon carbide gu tric, agus bidh silicon gu bhith na bhata criostail.
Ingotan criostail silicon carbide
Fo-strat
Às deidh an criostal fada a chrìochnachadh, thèid e a-steach do phròiseas cinneasachaidh an t-substrate.
Às deidh gearradh cuimsichte, bleith (bleith garbh, bleith grinn), snasadh (snasadh meacanaigeach), snasadh ultra-mionaideach (snasadh meacanaigeach ceimigeach), gheibhear an substrate carbide silicon.
Bidh an substrate a’ cluich sa mhòr-chuidàite taic corporra, giùlan teirmeach agus seoltachd.Is e an duilgheadas a thaobh giollachd gu bheil an stuth silicon carbide àrd, crispy, agus seasmhach ann an togalaichean ceimigeach. Mar sin, chan eil modhan giullachd traidiseanta stèidhichte air silicon freagarrach airson substrate silicon carbide.
Tha càileachd a 'bhuaidh gearraidh a' toirt buaidh dhìreach air coileanadh agus èifeachdas cleachdaidh (cosgais) de stuthan silicon carbide, agus mar sin feumaidh e a bhith beag, tighead èideadh, agus gearradh ìosal.
An-dràsta,Bidh 4 -inch agus 6 -inch sa mhòr-chuid a’ cleachdadh uidheamachd gearraidh ioma-loidhne,a 'gearradh criostalan silicon ann an sligean tana le tiugh nach eil nas motha na 1mm.
Diagram sgeama gearraidh ioma-loidhne
Anns an àm ri teachd, leis an àrdachadh ann am meud wafers carbonized silicon, meudaichidh an àrdachadh ann an riatanasan cleachdadh stuthan, agus thèid teicneòlasan leithid slicing laser agus dealachadh fuar a chuir an sàs mean air mhean.
Ann an 2018, fhuair Infineon Siltectra GmbH, a leasaich pròiseas ùr-ghnàthach ris an canar sgàineadh fuar.
An coimeas ri call pròiseas gearraidh ioma-uèir traidiseanta de 1/4,cha do chaill am pròiseas sgàineadh fuar ach 1/8 den stuth silicon carbide.
Leudachadh
Leis nach urrainn don stuth silicon carbide innealan cumhachd a dhèanamh gu dìreach air an t-substrate, tha feum air grunn innealan air an ìre leudachaidh.
Mar sin, às deidh crìoch a chuir air cinneasachadh an t-substrate, thèid film tana criostal sònraichte fhàs air an t-substrate tron phròiseas leudachaidh.
An-dràsta, thathas a’ cleachdadh pròiseas dòigh tasgadh gas ceimigeach (CVD) sa mhòr-chuid.
Dealbhadh
Às deidh an t-substrate a dhèanamh, thèid e a-steach don ìre dealbhaidh toraidh.
Airson MOSFET, is e fòcas a’ phròiseas dealbhaidh dealbhadh an groove,air an aon làimh gus briseadh patent a sheachnadh(Tha cruth patent aig Infineon, Rohm, ST, msaa), agus air an làimh eile gucoinneachadh ri cosgaisean saothrachaidh agus saothrachaidh.
Saothrachadh wafer
Às deidh dealbhadh toraidh a chrìochnachadh, thèid e a-steach don ìre saothrachaidh wafer,agus tha am pròiseas an ìre mhath coltach ris an fhear de silicon, aig a bheil na 5 ceumannan a leanas sa mhòr-chuid.
☆ Ceum 1: Cuir a-steach am masg
Tha còmhdach de fhilm silicon oxide (SiO2) air a dhèanamh, tha an photoresist air a chòmhdach, tha am pàtran photoresist air a chruthachadh tro na ceumannan homogenization, foillseachadh, leasachadh, msaa, agus tha am figear air a ghluasad chun fhilm ogsaid tron phròiseas sìolachaidh.
☆ Ceum 2: Ion a-steach
Tha an wafer carbide sileaconach masgte air a chuir a-steach do inneal-ionachaidh ion, far a bheil ianan alùmanum air an stealladh gus sòn dopaidh seòrsa P a chruthachadh, agus air an ceangal gus na h-ianan alùmanum so-ghluasadach a chuir an gnìomh.
Tha am film ogsaid air a thoirt air falbh, tha ions naitrigean air an stealladh a-steach do roinn shònraichte den roinn dopaidh seòrsa P gus roinn giùlain seòrsa N den drèana agus an stòr a chruthachadh, agus tha na h-ianan nitrigin a chaidh a chuir a-steach air an cur an sàs gus an cuir an gnìomh.
☆ Ceum 3: Dèan a’ ghriod
Dèan a 'ghriod. Anns an raon eadar an stòr agus an drèanadh, tha an còmhdach geata oxide air ullachadh le pròiseas oxidation teòthachd àrd, agus tha an còmhdach electrode geata air a thasgadh gus structar smachd a ’gheata a chruthachadh.
☆ Ceum 4: A’ dèanamh fillidhean passivation
Tha còmhdach pasivation air a dhèanamh. Cuir a-steach còmhdach pasivation le deagh fheartan insulation gus casg a chuir air briseadh eadar-dealanach.
☆ Ceum 5: Dèan dealanan stòr drèanaidh
Dèan drèanadh agus stòr. Tha an còmhdach pasivation perforated agus tha meatailt air a sputtered gus drèanadh agus stòr a chruthachadh.
Stòr dealbh: Xinxi Capital
Ged nach eil mòran eadar-dhealachaidh eadar ìre pròiseas agus stèidhichte air silicon, air sgàth feartan stuthan silicon carbide,feumar cuir a-steach agus annealing ian a dhèanamh ann an àrainneachd teòthachd àrd(suas gu 1600 ° C), bheir teòthachd àrd buaidh air structar uachdaran an stuth fhèin, agus bheir an duilgheadas buaidh air an toradh cuideachd.
A bharrachd air an sin, airson co-phàirtean MOSFET,tha càileachd ocsaidean geata a’ toirt buaidh dhìreach air gluasad an t-seanail agus earbsachd geata, a chionn 's gu bheil dà sheòrsa de atoman sileaconach agus gualain anns an stuth sileaconach carbide.
Mar sin, tha feum air dòigh fàis meadhanach geata sònraichte (is e puing eile gu bheil an duilleag carbide silicon follaiseach, agus gu bheil co-thaobhadh an t-suidheachaidh aig ìre photolithography duilich a bhith silicon).
Às deidh saothrachadh an wafer a chrìochnachadh, thèid a’ chip fa leth a ghearradh ann an sliseag lom agus faodar a phacaigeadh a rèir an adhbhair. Is e am pròiseas cumanta airson innealan air leth pacaid TO.
650V CoolSiC ™ MOSFETs ann am pasgan TO-247
Dealbh: Infineon
Tha riatanasan cumhachd àrd agus sgaoileadh teas aig an raon chàraichean, agus uaireannan feumar cuairtean drochaid a thogail gu dìreach (leth drochaid no drochaid làn, no air am pacadh gu dìreach le diodes).
Mar sin, bidh e gu tric air a phacadh gu dìreach ann am modalan no siostaman. A rèir na h-àireamh de chips air am pacadh ann an aon mhodal, is e an cruth cumanta 1 ann an 1 (BorgWarner), 6 ann an 1 (Infineon), msaa, agus bidh cuid de chompanaidhean a’ cleachdadh sgeama co-shìnte aon-phìob.
Borgwarner Viper
A’ toirt taic do fhuarachadh uisge le dà thaobh agus SiC-MOSFET
Modalan MOSFET Infineon CoolSiC ™
Eu-coltach ri silicon,Bidh modalan silicon carbide ag obair aig teòthachd nas àirde, timcheall air 200 ° C.
Tha teòthachd puing leaghaidh teòthachd solder bog traidiseanta ìosal, chan urrainn dha coinneachadh ri riatanasan teòthachd. Mar sin, bidh modalan carbide silicon gu tric a’ cleachdadh pròiseas tàthaidh sintering airgid aig teòthachd ìosal.
Às deidh am modal a chrìochnachadh, faodar a chuir a-steach don t-siostam pàirtean.
Manaidsear motair Tesla Model3
Tha a’ chip lom a’ tighinn bho ST, pasgan fèin-leasaichte agus siostam draibhidh dealain
☆02 Inbhe tagraidh SiC?
Ann an raon nan càraichean, thathas a’ cleachdadh innealan cumhachd sa mhòr-chuid ann anDCDC, OBC, inverters motair, inverters fionnarachadh-àile dealain, cosgais gun uèir agus pàirtean eilea dh ’fheumas tionndadh luath AC / DC (tha DCDC gu ìre mhòr ag obair mar tionndadh luath).
Dealbh: BorgWarner
An coimeas ri stuthan stèidhichte air silicon, tha stuthan SIC nas àirdeneart achaidh briseadh maoim-sneachda èiginneach(3 × 106V/cm),giùlan teirmeach nas fheàrr(49W/mK) agusbeàrn bann nas fharsainge(3.26eV).
Mar as fharsainge a bhios am beàrn còmhlan, is ann as lugha a bhios an sruth aoidionachd agus is ann as àirde an èifeachdas. Mar as fheàrr an giùlan teirmeach, is ann as àirde an dùmhlachd gnàthach. Mar as làidire a tha an raon briseadh maoim-sneachda èiginneach, faodar an aghaidh bholtachd an inneil a leasachadh.
Mar sin, ann an raon bholtadh àrd air bòrd, faodaidh MOSFETs agus SBD air an ullachadh le stuthan carbide silicon an àite a’ chothlamadh IGBT agus FRD a tha stèidhichte air silicon cumhachd agus èifeachdas adhartachadh gu h-èifeachdach,gu sònraichte ann an suidheachaidhean tagraidh àrd-tricead gus call tionndaidh a lughdachadh.
Aig an àm seo, tha e nas dualtaiche tagraidhean mòra a choileanadh ann an inverters motair, air a leantainn le OBC agus DCDC.
Àrd-ùrlar bholtaids 800V
Anns an àrd-ùrlar bholtachd 800V, tha buannachd tricead àrd a ’dèanamh iomairtean nas dualtaich fuasgladh SiC-MOSFET a thaghadh. Mar sin, tha a 'mhòr-chuid de dhealbhadh smachd dealanach 800V an-dràsta SiC-MOSFET.
Tha dealbhadh ìre àrd-ùrlar a’ toirt a-steachE-GMP ùr-nodha, GM Otenergy - raon togail, Porsche PPE, agus Tesla EPA.A bharrachd air modalan àrd-ùrlar Porsche PPE nach eil gu sònraichte a’ giùlan SiC-MOSFET (tha a’ chiad mhodail IGBT stèidhichte air silica), bidh àrd-ùrlaran carbaid eile a’ gabhail ri sgeamaichean SiC-MOSFET.
Àrd-ùrlar lùth Ultra Universal
Tha dealbhadh modail 800V nas motha,an branda Great Wall Salon Jiagirong, dreach Beiqi pole Fox S HI, càr air leth S01 agus W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Thuirt Changan Avita E11 gun toir e 800V àrd-ùrlar, a thuilleadh air BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, neoni Run, FAW Red Flag, Volkswagen cuideachd thuirt teicneòlas 800V ann an rannsachadh.
Bho shuidheachadh òrdughan 800V a fhuair solaraichean Tier1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, agus Huichuandh’ainmich iad uile òrdughan dràibhidh dealain 800V.
Àrd-ùrlar bholtaids 400V
Anns an àrd-ùrlar bholtaids 400V, tha SiC-MOSFET sa mhòr-chuid a’ beachdachadh air cumhachd àrd agus dùmhlachd cumhachd agus àrd-èifeachdas.
A leithid an motair Tesla Model 3 \Y a chaidh a thoirt a-mach gu mòr a-nis, tha an ìre as àirde de chumhachd motair BYD Hanhou timcheall air 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), cleachdaidh NIO cuideachd toraidhean SiC-MOSFET a’ tòiseachadh bho ET7 agus an ET5 a thèid a liostadh nas fhaide air adhart. Is e an cumhachd as àirde 240Kw (ET5 210Kw).
A bharrachd air an sin, bho shealladh àrd-èifeachdais, tha cuid de dh’ iomairtean cuideachd a’ sgrùdadh comasachd toraidhean SiC-MOSFET tuiltean cuideachaidh.
Ùine puist: Iuchar-08-2023
