Yn ferliking mei krêfthalfgeleiders op basis fan silisium hawwe krêfthalfgeleiders fan SiC (silisiumkarbid) wichtige foardielen op it mêd fan skeakelfrekwinsje, ferlies, waarmteôffier, miniaturisaasje, ensfh.
Mei de grutskalige produksje fan silisiumkarbid-omvormers troch Tesla, binne mear bedriuwen ek begûn mei it lânjen fan silisiumkarbidprodukten.
SiC is sa "geweldich", hoe yn 'e wrâld is it makke? Wat binne de tapassingen no? Litte wy sjen!
01 ☆ Berte fan in SiC
Lykas oare krêft-halfgeleiders omfettet de SiC-MOSFET-yndustryketende lange kristal - substraat - epitaksy - ûntwerp - produksje - ferpakking keppeling.
Lang kristal
Tidens de lange kristalferbining, yn tsjinstelling ta de tarieding fan 'e Tira-metoade dy't brûkt wurdt troch ienkristalsilisium, brûkt silisiumkarbid benammen de fysike gastransportmetoade (PVT, ek wol bekend as ferbettere Lly of siedkristalsublimaasjemetoade), en oanfollingen fan 'e hege temperatuer gemyske gasdeposysjemetoade (HTCVD).
☆ Kearnstap
1. Koalstofhoudende fêste grûnstof;
2. Nei it ferwaarmjen wurdt de fêste karbidstof gas;
3. Gas beweecht nei it oerflak fan it siedkristal;
4. Gas groeit op it oerflak fan it siedkristal ta in kristal.
Ofbyldingsboarne: "Technysk punt om PVT-groei silisiumkarbid te demontearjen"
Ferskillend fakmanskip hat twa grutte neidielen feroarsake yn ferliking mei de silikonbasis:
Earst is de produksje lestich en de opbringst is leech.De temperatuer fan 'e gasfaze op basis fan koalstof groeit boppe 2300 °C en de druk is 350 MPa. De hiele tsjustere doaze wurdt útfierd, en it is maklik om ûnreinheden te mingen. De opbringst is leger as dy fan 'e silisiumbasis. Hoe grutter de diameter, hoe leger de opbringst.
De twadde is stadige groei.It bestjoer fan 'e PVT-metoade is tige stadich, de snelheid is sawat 0.3-0.5 mm/oere, en it kin 2 sm groeie yn 7 dagen. It maksimum kin mar 3-5 sm groeie, en de diameter fan 'e kristalstaaf is meast 4 inch en 6 inch.
De op silisium basearre 72H kin in hichte fan 2-3m wurde, mei diameters fan meast 6 inch en in nije produksjekapasiteit fan 8 inch foar 12 inch.Dêrom wurdt silisiumkarbid faak kristalbaar neamd, en silisium wurdt in kristalstok.
Karbide silisium kristal ingots
Substraat
Nei't de lange kristal foltôge is, komt it yn it produksjeproses fan it substraat.
Nei rjochte snijden, slypjen (rûch slypjen, fyn slypjen), polijsten (meganysk polijsten), ultra-presyzje polijsten (gemysk meganysk polijsten), wurdt it silisiumkarbide substraat krigen.
It substraat spilet benammende rol fan fysike stipe, termyske geleidingsfermogen en geleidingsfermogen.De swierrichheid fan ferwurking is dat it silisiumkarbidmateriaal hege, knapperige en stabyl gemyske eigenskippen hat. Dêrom binne tradisjonele ferwurkingsmetoaden op basis fan silisium net geskikt foar silisiumkarbidsubstraat.
De kwaliteit fan it snijeffekt beynfloedet direkt de prestaasjes en gebrûkseffisjinsje (kosten) fan silisiumkarbidprodukten, dêrom is it fereaske dat it lyts, unifoarm dikte en leech snijdend is.
Op it stuit,4-inch en 6-inch brûkt benammen multi-line snijapparatuer,it snijen fan silikonkristallen yn tinne plakjes mei in dikte fan net mear as 1 mm.
Skematysk diagram foar meardere rigels snijden
Yn 'e takomst, mei de tanimming fan 'e grutte fan karbonisearre silisiumwafers, sil de tanimming fan easken foar materiaalgebrûk tanimme, en technologyen lykas lasersnijden en kâlde skieding sille ek stadichoan tapast wurde.
Yn 2018 naam Infineon Siltectra GmbH oer, dat in ynnovatyf proses ûntwikkele dat bekend stiet as kâld kraken.
Yn ferliking mei it tradisjonele multi-wire snijproses ferlies fan 1/4,it kâlde kraakproses ferlear mar 1/8 fan it silisiumkarbidmateriaal.
Útwreiding
Omdat it silisiumkarbidmateriaal gjin stroomfoarsjennings direkt op it substraat meitsje kin, binne ferskate apparaten nedich op 'e útwreidingslaach.
Dêrom, nei't de produksje fan it substraat foltôge is, wurdt in spesifike tinne ienkristalline film op it substraat groeid troch it útwreidingsproses.
Op it stuit wurdt benammen de gemyske gasôfsettingsmetoade (CVD) brûkt.
Ûntwerp
Nei't it substraat makke is, giet it yn 'e produktûntwerpfaze.
Foar MOSFET leit de fokus fan it ûntwerpproses op it ûntwerp fan 'e groef,oan 'e iene kant om ynbreuk op patenten te foarkommen(Infineon, Rohm, ST, ensfh., hawwe patintlayout), en oan 'e oare kant oanfoldwaan oan de produsearberens en produksjekosten.
Waferfabrikaasje
Nei't it produktûntwerp foltôge is, giet it yn 'e waferproduksjefaze,en it proses is sawat fergelykber mei dat fan silisium, dat benammen de folgjende 5 stappen hat.
☆Stap 1: Ynjeksje it masker
In laach silisiumokside (SiO2) film wurdt makke, de fotoresist wurdt bedekt, it fotoresistpatroan wurdt foarme troch de stappen fan homogenisaasje, bleatstelling, ûntwikkeling, ensfh., en de figuer wurdt oerdroegen oan 'e oksidefilm troch it etsproses.
☆Stap 2: Ionenymplantaasje
De maskere silisiumkarbidwafer wurdt yn in ionenymplantator pleatst, dêr't aluminiumionen ynjektearre wurde om in P-type dopingsône te foarmjen, en gegloeid om de ymplantearre aluminiumionen te aktivearjen.
De oksidefilm wurdt fuorthelle, stikstofionen wurde yn in spesifyk gebiet fan 'e P-type dopingregio ynjektearre om in N-type geliedend gebiet fan 'e drain en boarne te foarmjen, en de ymplantearre stikstofionen wurde gegloeid om se te aktivearjen.
☆Stap 3: Meitsje it raster
Meitsje it raster. Yn it gebiet tusken de boarne en drain wurdt de gate-oksidelaach taret troch in oksidaasjeproses op hege temperatuer, en wurdt de gate-elektrodelaach ôfset om de gate-kontrôlestruktuer te foarmjen.
☆Stap 4: Passivaasjelagen meitsje
Passivaasjelaach wurdt makke. Set in passivaasjelaach mei goede isolaasjeeigenskippen del om trochbraak tusken de elektroden te foarkommen.
☆Stap 5: Meitsje drain-source elektroden
Meitsje in ôfwettering en in boarne. De passivaasjelaach wurdt perforearre en metaal wurdt sputtere om in ôfwettering en in boarne te foarmjen.
Foto Boarne: Xinxi Capital
Hoewol't der net folle ferskil is tusken it prosesnivo en op silisium basearre, fanwegen de skaaimerken fan silisiumkarbidmaterialen,ionymplantaasje en annealing moatte wurde útfierd yn in omjouwing mei hege temperatuer(oant 1600 ° C), sil hege temperatuer ynfloed hawwe op 'e roosterstruktuer fan it materiaal sels, en de muoite sil ek ynfloed hawwe op 'e opbringst.
Derneist, foar MOSFET-komponinten,De kwaliteit fan poartesoerstof beynfloedet direkt de kanaalmobiliteit en poartebetrouberens, om't der twa soarten silisium- en koalstofatomen yn it silisiumkarbidmateriaal binne.
Dêrom is in spesjale metoade foar groei fan poartemedium nedich (in oar punt is dat it silisiumkarbidblêd transparant is, en de posysje-ôfstimming yn 'e fotolitografyfaze is lestich foar silisium).
Nei't de waferproduksje foltôge is, wurdt de yndividuele chip yn in bleate chip snien en kin neffens it doel ynpakt wurde. It mienskiplike proses foar aparte apparaten is TO-ynpakken.
650V CoolSiC™ MOSFET's yn TO-247-behuizing
Foto: Infineon
De autosektor hat hege easken foar krêft en waarmteôffier, en soms is it nedich om direkt brêgesirkwy's te bouwen (heale brêge of folsleine brêge, of direkt ynpakt mei diodes).
Dêrom wurdt it faak direkt yn modules of systemen ferpakt. Neffens it oantal chips dat yn ien module ferpakt is, is de mienskiplike foarm 1 yn 1 (BorgWarner), 6 yn 1 (Infineon), ensfh., en guon bedriuwen brûke in parallelskema mei ien buis.
Borgwarner Viper
Stipet dûbelsidige wetterkoeling en SiC-MOSFET
Infineon CoolSiC™ MOSFET-modules
Oars as silisium,silisiumkarbidmodules wurkje by in hegere temperatuer, sawat 200 °C.
It smeltpunt fan tradisjonele sêfte soldeer is leech en kin net oan de temperatuereasken foldwaan. Dêrom brûke silisiumkarbidmodules faak in leechtemperatuer-lasproses foar sulversintering.
Nei't de module foltôge is, kin it tapast wurde op it ûnderdielensysteem.
Tesla Model 3 motorcontroller
De bleate chip komt fan ST, sels ûntwikkele pakket en elektrysk oandriuwsysteem
☆02 Applikaasjestatus fan SiC?
Yn 'e autosektor wurde stroomfoarsjennings benammen brûkt ynDCDC, OBC, motoromvormers, elektryske airconditioningomvormers, draadloos opladen en oare ûnderdielendy't snelle AC/DC-konverzje fereaskje (DCDC fungearret benammen as in snelle skeakel).
Foto: BorgWarner
Yn ferliking mei materialen op basis fan silisium hawwe SIC-materialen hegerekrityske lawine-ôfbraakfjildsterkte(3 × 106V/cm),bettere termyske geliedingsfermogen(49W/mK) enbredere bandgap(3.26 eV).
Hoe breder de bandgap, hoe lytser de lekstroom en hoe heger de effisjinsje. Hoe better de termyske geliedingsfermogen, hoe heger de stroomtichtens. Hoe sterker it krityske lawine-trochslachfjild is, hoe better de spanningsresistinsje fan it apparaat.
Dêrom, op it mêd fan onboard hege spanning, kinne MOSFET's en SBD taret troch silisiumkarbidmaterialen om de besteande silisium-basearre IGBT- en FRD-kombinaasje te ferfangen, de krêft en effisjinsje effektyf ferbetterje,foaral yn tapassingsscenario's mei hege frekwinsje om skeakelferliezen te ferminderjen.
Op it stuit is it it meast wierskynlik om grutskalige tapassingen te berikken yn motoromvormers, folge troch OBC en DCDC.
800V spanningsplatfoarm
Yn it 800V spanningsplatfoarm makket it foardiel fan hege frekwinsje bedriuwen mear geneigd om in SiC-MOSFET-oplossing te kiezen. Dêrom is de measte fan 'e hjoeddeiske 800V elektroanyske kontrôleplanning SiC-MOSFET.
Planning op platfoarmnivo omfettetmoderne E-GMP, GM Otenergy – pickupfjild, Porsche PPE, en Tesla EPA.Utsein Porsche PPE-platfoarmmodellen dy't net eksplisyt SiC-MOSFET drage (it earste model is in IGBT op basis fan silika), brûke oare autoplatfoarms SiC-MOSFET-skema's.
Universeel Ultra enerzjyplatfoarm
800V modelplanning is mear,it merk Jiagirong fan 'e Great Wall Salon, de Beiqi-pole Fox S HI-ferzje, de ideale auto S01 en W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 sei dat it 800V-platfoarm sil drage, neist BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen sei ek 800V-technology yn ûndersyk.
Fan 'e situaasje fan 800V-oarders krigen troch Tier1-leveransiers,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, en Huichuanalle oankundige oarders foar elektryske oandriuwing fan 800V.
400V spanningsplatfoarm
Yn it 400V spanningsplatfoarm wurdt SiC-MOSFET benammen beskôge as heech fermogen en krêfttichtens en hege effisjinsje.
Lykas de Tesla Model 3\Y-motor dy't no massaal produsearre is, is it pykfermogen fan 'e BYD Hanhou-motor sawat 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO sil ek SiC-MOSFET-produkten brûke, begjinnend mei ET7 en de ET5 dy't letter neamd wurde sille. It pykfermogen is 240Kw (ET5 210Kw).
Derneist, út it perspektyf fan hege effisjinsje, ûndersiikje guon bedriuwen ek de mooglikheid fan help-oerstreaming SiC-MOSFET-produkten.
Pleatsingstiid: 8 july 2023
