Yn ferliking mei silisium-basearre macht semiconductors, SiC (silicon carbide) macht semiconductors hawwe wichtige foardielen yn switching frekwinsje, ferlies, waarmte dissipaasje, miniaturization, ensfh
Mei de grutskalige produksje fan silisiumkarbid-ynverters troch Tesla, binne mear bedriuwen ek begûn mei silisiumkarbidprodukten te lânjen.
SiC is sa "geweldich", hoe is it makke?Wat binne de applikaasjes no?Lit ús sjen!
01 ☆ Berne fan in SiC
Lykas oare macht semiconductors, de SiC-MOSFET yndustry keten omfettetde lange kristal - substraat - epitaksy - ûntwerp - produksje - ferpakking link.
Lang kristal
Tidens de lange crystal link, yn tsjinstelling ta de tarieding fan de Tira metoade brûkt troch single crystal silisium, silisium carbid benammen oannimt fysike gas ferfier metoade (PVT, ek bekend as ferbettere Lly of sied crystal sublimation metoade), hege temperatuer gemyske gas deposition metoade (HTCVD) ) supplementen.
☆ Kearnstap
1. Carbonic fêste grûnstof;
2. Nei ferwaarming wurdt it karbid fêst gas;
3. Gas ferpleatse nei it oerflak fan it siedkristal;
4. Gas groeit op it oerflak fan it sied kristal yn in kristal.
Ofbyldingboarne: "Technysk punt om PVT groei silisiumkarbid te demontearjen"
Ferskillende fakmanskip hat twa grutte neidielen feroarsake yn ferliking mei de silisiumbasis:
Earst is de produksje lestich en de opbringst is leech.De temperatuer fan 'e koalstof-basearre gasfaze groeit boppe 2300 ° C en de druk is 350MPa.De hiele tsjustere doaze wurdt útfierd, en it is maklik te mingjen yn ûnreinheden.De opbringst is leger as de silisiumbasis.Hoe grutter de diameter, hoe leger de opbringst.
De twadde is stadige groei.It bestjoer fan 'e PVT-metoade is heul stadich, de snelheid is sawat 0,3-0,5 mm / h, en it kin yn 7 dagen 2 cm groeie.It maksimum kin allinnich groeie 3-5cm, en de diameter fan it kristal ingot is meast 4 inches en 6 inches.
De Silicon-basearre 72H kin groeie nei in hichte fan 2-3m, mei diameters meast 6 inch en 8-inch nije produksjekapasiteit foar 12 inch.Dêrom wurdt silisiumkarbid faaks kristal ingot neamd, en silisium wurdt in kristalstok.
Carbide silisium kristal ingots
Substraat
Nei't it lange kristal foltôge is, komt it yn it produksjeproses fan it substraat.
Nei rjochte cutting, slypjen (rûve slypjen, fyn slypjen), polisearjen (meganyske polishing), ultra-precision polishing (gemyske meganyske polishing), wurdt it silisiumkarbidsubstraat krigen.
It substraat spilet benammende rol fan fysike stipe, termyske conductivity en conductivity.De swierrichheid fan ferwurkjen is dat it silisiumkarbidmateriaal heech, knapperich en stabyl is yn gemyske eigenskippen.Dêrom binne tradisjonele silisium-basearre ferwurkingsmetoaden net geskikt foar silisiumkarbidsubstraat.
De kwaliteit fan it snijeffekt hat direkt ynfloed op de prestaasjes en effisjinsje fan gebrûk (kosten) fan silisiumkarbidprodukten, dus it is nedich om lyts te wêzen, unifoarme dikte en leech snijen.
Op it stuit,4-inch en 6-inch brûkt benammen multi-line cutting apparatuer,silisium kristallen snije yn tinne plakjes mei in dikte fan net mear as 1 mm.
Multi-line cutting skematyske diagram
Yn 'e takomst, mei de tanimming fan' e grutte fan karbonisearre silisiumwafers, sil de tanimming fan easken foar materiaalgebrûk tanimme, en technologyen lykas lasersnijen en kâlde skieding sille ek stadichoan tapast wurde.
Yn 2018 kocht Infineon Siltectra GmbH, dy't in ynnovatyf proses ûntwikkele bekend as kâld kraken.
Yn ferliking mei de tradisjonele multi-wire cutting proses ferlies fan 1/4,de kâlde kraken proses allinnich ferlern 1/8 fan de silisiumkarbid materiaal.
Útbou
Sûnt it silisiumkarbidmateriaal kin gjin machtapparaten direkt op it substraat meitsje, binne ferskate apparaten nedich op 'e útwreidingslaach.
Dêrom, neidat de produksje fan it substraat is foltôge, wurdt in spesifike single-kristal tinne film groeid op it substraat troch it útwreidingsproses.
Op it stuit wurdt it proses fan gemyske gasdeposysje (CVD) benammen brûkt.
Ûntwerp
Nei't it substraat makke is, komt it yn it produktûntwerpstadium.
Foar MOSFET is de fokus fan it ûntwerpproses it ûntwerp fan 'e groef,oan 'e iene kant om oktroaiynbreuk te foarkommen(Infineon, Rohm, ST, ensfh, hawwe patint layout), en oan 'e oare kant oanfoldwaan oan de manufacturability en manufacturing kosten.
Wafer fabrication
Nei't it produktûntwerp foltôge is, komt it yn it faze fan wafelfabrikaazje,en it proses is sawat gelyk oan 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, eksposysje, ûntwikkeling, ensfh., En de figuer wurdt oerbrocht nei de oksidefilm troch it etsproses.
☆Stap 2: Ionen ymplantaasje
De maskere silisiumkarbidwafel wurdt pleatst yn in ion-ymplanter, wêrby't aluminiumionen wurde ynjeksje om in P-type dopingsône te foarmjen, en annealed om de ymplanteare aluminiumionen te aktivearjen.
De oksidefilm wurdt fuortsmiten, stikstofionen wurde yn in spesifike regio fan 'e P-type dopingregio ynjeksje om in N-type konduktyf regio fan' e drain en boarne te foarmjen, en de ymplanteare stikstofionen wurde annealed om se te aktivearjen.
☆Stap 3: Meitsje it raster
Meitsje it raster.Yn it gebiet tusken de boarne en drain, de poarte okside laach wurdt taret troch hege temperatuer oksidaasje proses, en de poarte elektrodes laach wurdt dellein te foarmjen de poarte kontrôle struktuer.
☆Stap 4: Passivearjende lagen meitsje
Passivaasje laach wurdt makke.Deponearje in passiveringslaach mei goede isolaasje-eigenskippen om interelektrode-ôfbraak te foarkommen.
☆Stap 5: Meitsje drain-boarne elektrodes
Meitsje drain en boarne.De passiveringslaach is perforearre en metaal wurdt sputtered om in drain en in boarne te foarmjen.
Foto Boarne: Xinxi Capital
Hoewol d'r net folle ferskil is tusken it prosesnivo en op silisium basearre, fanwege de skaaimerken fan silisiumkarbidmaterialen,ion-ymplantaasje en annealing moatte wurde útfierd yn in omjouwing mei hege temperatueren(oant 1600 ° C), hege temperatuer sil beynfloedzje de lattice struktuer fan it materiaal sels, en de muoite sil ek beynfloedzje de opbringst.
Derneist, foar MOSFET-komponinten,de kwaliteit fan poarte soerstof direkt ynfloed op it kanaal mobiliteit en poarte betrouberens, om't der twa soarten silisium en koalstofatomen binne yn it silisiumkarbidmateriaal.
Dêrom is in spesjale poarte medium groei metoade nedich (in oar punt is dat de silisiumkarbid sheet is transparant, en de posysje alignment by de photolithography poadium is dreech om silisium).
Nei't de wafelfabryk foltôge is, wurdt de yndividuele chip yn in bleate chip ôfsnien en kin wurde ferpakt neffens it doel.It mienskiplike proses foar diskrete apparaten is TO-pakket.
650V CoolSiC™ MOSFETs yn TO-247 pakket
Foto: Infineon
De auto fjild hat hege krêft en waarmte dissipation easken, en soms is it nedich om direkt te bouwen brêge circuits (heale brêge of folsleine brêge, of direkt ferpakt mei diodes).
Dêrom wurdt it faak direkt yn modules of systemen ferpakt.Neffens it oantal chips ferpakt yn ien module, de mienskiplike foarm is 1 yn 1 (BorgWarner), 6 yn 1 (Infineon), ensfh, En guon bedriuwen brûke in single-tube parallel skema.
Borgwarner Viper
Unterstützt dûbelsidige wetterkoeling en SiC-MOSFET
Infineon CoolSiC™ MOSFET-modules
Oars as silisium,silisiumkarbidmodules wurkje by in hegere temperatuer, sawat 200 ° C.
Tradisjoneel sêft solder temperatuer smeltpunt temperatuer is leech, kin net foldwaan oan de temperatuer easken.Dêrom, silisium carbid modules faak brûke lege-temperatuer sulveren sintering welding proses.
Nei't de module foltôge is, kin it tapast wurde op it dielensysteem.
Tesla Model3 motor controller
De bleate chip komt út ST, sels ûntwikkele pakket en elektryske oandriuwing systeem
☆02 Oanfraachstatus fan SiC?
Yn 'e automotive fjild wurde macht apparaten benammen brûkt ynDCDC, OBC, motor inverters, elektryske air conditioning inverters, draadloze opladen en oare dielendy't AC / DC snelle konverzje nedich binne (DCDC fungearret benammen as in flugge switch).
Foto: BorgWarner
Yn ferliking mei silisium-basearre materialen hawwe SIC-materialen hegerkritysk lawine ôfbraak fjild sterkte(3×106V/cm),bettere termyske conductivity(49W/mK) enbredere band gap(3.26eV).
Hoe breder de bandgap, hoe lytser de lekstroom en hoe heger de effisjinsje.Hoe better de termyske conductivity, hoe heger de hjoeddeiske tichtheid.Hoe sterker it krityske lawine-ôfbraakfjild is, kin de spanningsresistinsje fan it apparaat wurde ferbettere.
Dêrom, op it mêd fan onboard hege spanning, MOSFETs en SBD taret troch silisium carbid materialen te ferfangen de besteande silisium-basearre IGBT en FRD kombinaasje kin effektyf ferbetterjen macht en effisjinsje,benammen yn hege frekwinsje applikaasje senario te ferminderjen switching ferliezen.
Op it stuit is it meast wierskynlik grutskalige tapassingen te berikken yn motoromvormers, folge troch OBC en DCDC.
800V voltage platfoarm
Yn it 800V-spanningsplatfoarm makket it foardiel fan hege frekwinsje bedriuwen mear oanstriid om SiC-MOSFET-oplossing te kiezen.Dêrom, de measte fan de hjoeddeiske 800V elektroanyske kontrôle planning SiC-MOSFET.
Planning op platfoarmnivo omfettetmoderne E-GMP, GM Otenergy - pickup fjild, Porsche PPE, en Tesla EPA.Utsein Porsche PPE-platfoarmmodellen dy't net eksplisyt SiC-MOSFET drage (it earste model is silika-basearre IGBT), nimme oare autoplatfoarms SiC-MOSFET-skema's oan.
Universele Ultra enerzjy platfoarm
800V model planning is mear,de Great Wall Salon merk Jiagirong, Beiqi pole Fox S HI ferzje, ideale auto S01 en W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 sei dat it sil drage 800V platfoarm, neist BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, nul Run, FAW Red Flag, Volkswagen sei ek 800V technology yn ûndersyk.
Fanút de situaasje fan 800V-oarders krigen troch Tier1-leveransiers,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, en Huichuanallegear oankundige 800V elektryske oandriuwing oarders.
400V voltage platfoarm
Yn it 400V voltage platfoarm, SiC-MOSFET is benammen yn 'e konsideraasje fan hege macht en macht tichtens en hege effisjinsje.
Lykas de Tesla Model 3\Y-motor dy't no massaal produsearre is, is de pykkrêft fan BYD Hanhou-motor sawat 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO sil ek SiC-MOSFET-produkten brûke fanôf ET7 en de ET5 dy't letter sil wurde neamd.Peak macht is 240Kw (ET5 210Kw).
Derneist, út it perspektyf fan hege effisjinsje, ûndersiikje guon bedriuwen ek de helberens fan ekstra oerstreamings SiC-MOSFET-produkten.
Post tiid: Jul-08-2023