An coimeas ri leth-sheoladairean cumhachd stèidhichte air silicon, tha buannachdan mòra aig leth-sheoladairean cumhachd SiC (silicon carbide) ann an tricead suidsidh, call, sgaoileadh teas, miniaturization, msaa.
Le cinneasachadh mòr-sgèile de inverters silicon carbide le Tesla, tha barrachd chompanaidhean air tòiseachadh a’ faighinn bathar silicon carbide cuideachd.
Tha SiC cho “iongantach”, ciamar air an talamh a chaidh a dhèanamh? Dè na cleachdaidhean a th’ ann a-nis? Feuch sinn!
01 ☆ Breith SiC
Coltach ri leth-sheoladairean cumhachd eile, tha sreath gnìomhachais SiC-MOSFET a’ toirt a-steachAn ceangal criostail fhada – fo-strat – epitaxy – dealbhadh – saothrachadh – pacadh.
Criostal fada
Rè a’ cheangail criostail fhada, eu-coltach ri dòigh ullachaidh Tira a thathas a’ cleachdadh le silicon criostail singilte, bidh carbide silicon sa mhòr-chuid a’ cleachdadh dòigh còmhdhail gas corporra (PVT, ris an canar cuideachd Lly leasaichte no dòigh fo-shìolachadh criostail sìl), agus modh tasgadh gas ceimigeach aig teòthachd àrd (HTCVD).
☆ Ceum bunaiteach
1. Stuth amh cruaidh charbonach;
2. Às dèidh teasachadh, bidh an carbide cruaidh a’ tionndadh gu bhith na ghas;
3. Bidh gas a’ gluasad gu uachdar criostal an t-sìl;
4. Bidh gas a’ fàs air uachdar criostal an t-sìl gu bhith na chriostal.
Stòr dealbh: “Puing theicnigeach airson silicon carbide fàis PVT a dhì-chruinneachadh”
Tha dà phrìomh eas-bhuannachd air a bhith ann an coimeas ri bunait silicon mar thoradh air diofar cheàird:
An toiseach, tha cinneasachadh duilich agus tha an toradh ìosal.Bidh teòthachd ìre gas stèidhichte air carbon ag èirigh os cionn 2300 ° C agus tha an cuideam 350 MPa. Tha am bogsa dorcha gu lèir air a ghiùlan, agus tha e furasta a mheasgachadh a-steach do neo-chunbhalachdan. Tha an toradh nas ìsle na bunait silicon. Mar as motha an trast-thomhas, ’s ann as ìsle an toradh.
Is e an dàrna fear fàs slaodach.Tha riaghladh modh PVT glè shlaodach, tha an astar mu 0.3-0.5mm/u, agus faodaidh e fàs 2cm ann an 7 latha. Chan urrainn dha ach 3-5cm fàs aig a’ char as àirde, agus tha trast-thomhas ingot a’ chriostail sa mhòr-chuid 4 òirlich agus 6 òirlich.
Faodaidh an 72H stèidhichte air silicon fàs gu àirde 2-3m, le trast-thomhas sa mhòr-chuid 6 òirlich agus comas cinneasachaidh ùr 8 òirlich airson 12 òirleach.Mar sin, canar ingot criostail ri carbide silicon gu tric, agus bidh silicon na mhaide criostail.
Ingotan criostail silicon carbide
Fo-strat
Às dèidh don chriostal fhada a bhith deiseil, bidh e a’ dol a-steach do phròiseas cinneasachaidh an t-substrate.
Às dèidh gearradh cuimsichte, bleith (bleith garbh, bleith mìn), snasadh (snasadh meacanaigeach), snasadh ultra-mhionaideach (snasadh ceimigeach meacanaigeach), gheibhear an t-substrate silicon carbide.
Bidh an t-substrate a’ cluich sa mhòr-chuiddreuchd taic chorporra, seoltachd teirmeach agus seoltachd.Is e an duilgheadas a tha an lùib a’ ghiullachd gu bheil feartan ceimigeach àrd, crùbach agus seasmhach aig stuth silicon carbide. Mar sin, chan eil dòighean giullachd traidiseanta stèidhichte air silicon freagarrach airson fo-strat silicon carbide.
Bidh càileachd buaidh a’ ghearraidh a’ toirt buaidh dhìreach air coileanadh agus èifeachdas cleachdaidh (cosgais) thoraidhean silicon carbide, agus mar sin feumar a bhith beag, tiugh èideadh, agus gearradh ìosal.
An-dràsta,Bidh 4-òirleach agus 6-òirleach a’ cleachdadh uidheamachd gearraidh ioma-loidhne sa mhòr-chuid,a’ gearradh criostalan silicon ann an sliseagan tana le tiughas nach eil nas motha na 1mm.
Diagram sgeama gearraidh ioma-loidhneach
San àm ri teachd, leis an àrdachadh ann am meud uibhlean silicon carbonichte, bidh an àrdachadh ann an riatanasan cleachdaidh stuthan ag àrdachadh, agus thèid teicneòlasan leithid gearradh leusair agus dealachadh fuar a chuir an sàs mean air mhean cuideachd.
Ann an 2018, cheannaich Infineon Siltectra GmbH, a leasaich pròiseas ùr-ghnàthach ris an canar sgàineadh fuar.
An coimeas ris a’ phròiseas gearraidh ioma-uèir thraidiseanta call 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 diofar innealan air an t-sreath leudachaidh.
Mar sin, às dèidh crìoch a chur air cinneasachadh an t-substrate, thèid film tana criostail singilte sònraichte fhàs air an t-substrate tron phròiseas leudachaidh.
An-dràsta, is e modh tasgadh gas ceimigeach (CVD) a thathas a’ cleachdadh sa mhòr-chuid.
Dealbhadh
Às dèidh don bhun-strat a bhith air a dhèanamh, thèid e a-steach don ìre dealbhaidh toraidh.
Airson MOSFET, is e dealbhadh a’ chlais prìomh fhòcas a’ phròiseis dealbhaidh,air an aon làimh gus briseadh peutant a sheachnadh(Tha cruth peutant aig Infineon, Rohm, ST, msaa.), agus air an làimh eile gucoinneachadh ri cosgaisean saothrachaidh agus comas saothrachaidh.
Dèanamh uaifearan
Às dèidh dealbhadh an toraidh a bhith deiseil, thèid e a-steach don ìre saothrachaidh wafer,agus tha am pròiseas cha mhòr coltach ri pròiseas silicon, anns a bheil na 5 ceumannan a leanas sa mhòr-chuid.
☆Ceum 1: Cuir a-steach am masg
Tha sreath de fhilm sileacon ogsaid (SiO2) air a dhèanamh, tha an photoresist air a còmhdach, tha pàtran an photoresist air a chruthachadh tro na ceumannan homogenization, showcase, development, etc., agus tha an dealbh air a ghluasad chun fhilm ogsaid tron phròiseas gràbhaladh.
☆Ceum 2: Ion-chur ian
Tha an uibhir silicon carbide masgaichte air a chur ann an inneal-ion-chur ian, far a bheil ianan alùmanaim air an stealladh gus sòn dopaidh seòrsa-P a chruthachadh, agus air an losgadh gus na h-ianan alùmanaim a chaidh a chur an gnìomh.
Thèid am film ogsaid a thoirt air falbh, thèid ianan naitridean a stealladh a-steach do roinn shònraichte den roinn dopaidh seòrsa-P gus roinn giùlain seòrsa-N a chruthachadh den drèana agus an stòr, agus thèid na h-ianan naitridean a chaidh a chur a-steach a losgadh gus an gnìomhachadh.
☆Ceum 3: Dèan a’ ghriod
Dèan a’ ghriod. Anns an àite eadar an stòr agus an drèana, tha an còmhdach ocsaid geata air ullachadh le pròiseas ocsaididh aig teòthachd àrd, agus tha an còmhdach electrode geata air a thasgadh gus structar smachd a’ gheata a chruthachadh.
☆Ceum 4: A’ dèanamh sreathan pasivachaidh
Tha còmhdach fulangachaidh air a dhèanamh. Cuir còmhdach fulangachaidh le deagh fheartan inslithe gus casg a chur air briseadh sìos eadar-electrode.
☆Ceum 5: Dèan electrodan stòr-drèanaidh
Dèan drèana agus stòr. Tha an còmhdach pasivachaidh air a tholladh agus tha am meatailt air a spùtadh gus drèana agus stòr a chruthachadh.
Stòr dealbh: Xinxi Capital
Ged nach eil mòran eadar-dhealachaidh eadar an ìre pròiseis agus an ìre stèidhichte air silicon, air sgàth feartan stuthan carbide silicon,feumar implantachadh ian agus annealing a dhèanamh ann an àrainneachd teòthachd àrd(suas gu 1600 ° C), bidh buaidh aig teòthachd àrd air structar laitís an stuth fhèin, agus bidh buaidh aig an duilgheadas air an toradh cuideachd.
A bharrachd air sin, airson co-phàirtean MOSFET,Bidh càileachd ocsaidean a’ gheata a’ toirt buaidh dhìreach air gluasad an t-seanail agus earbsachd a’ gheata, leis gu bheil dà sheòrsa de ataman silicon agus gualain ann an stuth silicon carbide.
Mar sin, tha feum air dòigh-obrach sònraichte airson fàs meadhan geata (puing eile is e gu bheil an duilleag silicon carbide follaiseach, agus gu bheil e duilich an suidheachadh a cho-thaobhadh aig ìre an fotolithografaidh le silicon).
Às dèidh saothrachadh nan uaifearan a bhith deiseil, thèid a’ chip fa leth a ghearradh na chip lom agus faodar a phacaigeadh a rèir an adhbhair. Is e am pròiseas cumanta airson innealan fa leth pacadh TO.
MOSFETan CoolSiC™ 650V ann am pasgan TO-247
Dealbh: Infineon
Tha riatanasan àrda cumhachd is sgaoileadh teas ann an raon nan càraichean, agus uaireannan feumar cuairtean drochaid a thogail gu dìreach (leth-dhrochaid no drochaid slàn, no air am pacadh gu dìreach le diodes).
Mar sin, bidh e gu tric air a phacaigeadh gu dìreach ann am modalan no siostaman. A rèir an àireamh de chips a tha 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-tiùb.
Borgwarner Viper
A’ toirt taic do fhuarachadh uisge dà-thaobhach 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 ìosal aig teòthachd tàthaidh bog traidiseanta, agus mar sin chan urrainn dha coinneachadh ri riatanasan teòthachd. Mar sin, bidh modalan silicon carbide gu tric a’ cleachdadh pròiseas tàthaidh sintering airgid aig teòthachd ìosal.
Às dèidh don mhodal a bhith deiseil, faodar a chur an sàs anns an t-siostam phàirtean.
Rianadair motair Tesla Model 3
Tha an sliseag lom a’ tighinn bho ST, pasgan fèin-leasaichte agus siostam dràibhidh dealain
☆02 Inbhe tagraidh SiC?
Anns an raon chàraichean, thathas a’ cleachdadh innealan cumhachd sa mhòr-chuid ann anDCDC, OBC, innealan-tionndaidh motair, innealan-tionndaidh fionnarachadh-àile dealain, cosgais gun uèir agus pàirtean eilea dh’ fheumas tionndadh luath AC/DC (bidh DCDC ag obair mar suidse luath sa mhòr-chuid).
Dealbh: BorgWarner
An coimeas ri stuthan stèidhichte air silicon, tha barrachd aig stuthan SICneart achaidh briseadh sìos maoim-sneachda èiginneach(3 × 106V / cm),giùlan teirmeach nas fheàrr(49W/mK) agusbeàrn còmhlan nas fharsainge(3.26eV).
Mar as leatha a’ bheàrn còmhlain, ’s ann as lugha an sruth aodion agus ’s ann as àirde an èifeachdas. Mar as fheàrr an giùlan teirmeach, ’s ann as àirde dùmhlachd an t-srutha. Mar as làidire an raon briseadh-slèibhe èiginneach, ’s ann as urrainnear strì an aghaidh bholtaids an inneil a leasachadh.
Mar sin, ann an raon bholtaids àrd air bòrd, faodaidh MOSFETan agus SBD air an ullachadh le stuthan silicon carbide gus an cothlamadh IGBT agus FRD stèidhichte air silicon a th’ ann mar-thà a chur an àite cumhachd agus èifeachdas a leasachadh gu h-èifeachdach,gu sònraichte ann an suidheachaidhean tagraidh àrd-tricead gus call suidsidh a lughdachadh.
An-dràsta, tha e nas coltaiche gun coilean e tagraidhean mòra ann an inverters motair, agus an uairsin OBC agus DCDC.
Àrd-ùrlar bholtaids 800V
Anns an àrd-ùrlar bholtaids 800V, tha buannachd tricead àrd a’ ciallachadh gu bheil iomairtean nas dualtaiche fuasgladh SiC-MOSFET a thaghadh. Mar sin, tha a’ mhòr-chuid de phlanaichean smachd dealanach 800V an-dràsta nan SiC-MOSFET.
Tha dealbhadh aig ìre àrd-ùrlair a’ gabhail a-steachE-GMP ùr-nodha, GM Otenergy – raon togail, Porsche PPE, agus Tesla EPA.A bharrachd air modalan àrd-ùrlar Porsche PPE nach eil a’ giùlan SiC-MOSFET gu soilleir (is e IGBT stèidhichte air silica a’ chiad mhodail), bidh àrd-ùrlaran charbadan eile a’ gabhail ri sgeamaichean SiC-MOSFET.
Àrd-ùrlar lùtha Ultra Uile-choitcheann
Tha dealbhadh modail 800V nas motha,Brand Jiagirong de Salon a’ Bhalla Mhòir, dreach Fox S HI de phòla Beiqi, càr air leth freagarrach S01 agus W01, Xiaopeng G9, BMW NK1Thuirt Changan Avita E11 gum bi àrd-ùrlar 800V aige, a bharrachd air BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, Zero Run, FAW Red Flag, thuirt Volkswagen cuideachd gu bheil teicneòlas 800V ann an rannsachadh.
Bho shuidheachadh òrdughan 800V a fhuair solaraichean Tier1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, agus Huichuana h-uile òrdugh dràibhidh dealain 800V a chaidh ainmeachadh.
Àrd-ùrlar bholtaids 400V
Anns an àrd-ùrlar bholtaids 400V, thathas a’ beachdachadh sa mhòr-chuid air SiC-MOSFET airson cumhachd àrd agus dùmhlachd cumhachd agus èifeachdas àrd.
Coltach ris a’ motair Tesla Model 3\Y a chaidh a thoirt a-mach gu mòr a-nis, tha cumhachd as àirde motair BYD Hanhou mu 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), cleachdaidh NIO toraidhean SiC-MOSFET cuideachd a’ tòiseachadh bho ET7 agus an ET5 a thèid a liostadh nas fhaide air adhart. Is e 240Kw (ET5 210Kw) an cumhachd as àirde.
A bharrachd air an sin, bho shealladh àrd-èifeachdais, tha cuid de ghnìomhachasan cuideachd a’ sgrùdadh comasachd thoraidhean SiC-MOSFET tuiltean taiceil.
Àm puist: 08 Iuchar 2023
