Silizioan oinarritutako potentzia erdieroaleekin alderatuta, SiC (siliziozko karburoa) potentzia erdieroaleek abantaila handiak dituzte kommutazio-maiztasuna, galera, beroa xahutzea, miniaturizazioa, etab.
Teslak silizio karburozko inbertsoreen eskala handiko ekoizpenarekin, enpresa gehiago ere hasi dira silizio karburozko produktuak lurreratzen.
SiC hain da "harrigarria", nola demontre egin zen? Zeintzuk dira orain aplikazioak? Ikus dezagun!
01 ☆ SiC baten jaiotza
Beste potentzia erdieroaleak bezala, SiC-MOSFET industria-kateak barne hartzen ditukristal luzea – substratua – epitaxia – diseinua – fabrikazioa – ontziratzea.
Kristal luzea
Kristalezko lotura luzean, kristal bakarreko silizioak erabiltzen duen Tira metodoaren prestaketan ez bezala, silizio karburoak gas garraiatzeko metodo fisikoa hartzen du batez ere (PVT, Lly hobetua edo hazi kristalen sublimazio metodoa), tenperatura altuko gasaren metaketa kimiko metodoa (HTCVD). ) osagarriak.
☆ Oinarrizko urratsa
1. Karbonikoaren lehengai solidoa;
2. Berotu ondoren, karburo solidoa gas bihurtzen da;
3. Gasa hazi-kristalaren gainazalera mugitzen da;
4. Gasa hazi-kristalaren gainazalean kristal batean hazten da.
Irudiaren iturria: "PVT hazkunde silizio-karburoa desmuntatzeko puntu teknikoa"
Artisautza ezberdinek bi desabantaila handi eragin ditu siliziozko oinarriarekin alderatuta:
Lehenik eta behin, ekoizpena zaila da eta etekina baxua da.Karbonoan oinarritutako gas fasearen tenperatura 2300 º C-tik gora hazten da eta presioa 350MPa da. Kutxa ilun osoa egiten da, eta erraza da ezpurutasunetan nahastea. Etekina silizioaren oinarria baino txikiagoa da. Zenbat eta diametro handiagoa izan, orduan eta etekin txikiagoa izango da.
Bigarrena hazkunde motela da.PVT metodoaren gobernantza oso motela da, abiadura 0,3-0,5 mm/h ingurukoa da eta 2 cm hazi daiteke 7 egunetan. Gehienezkoa 3-5 cm baino ez da hazten, eta kristalezko lingotearen diametroa 4 hazbete eta 6 hazbetekoa da gehienetan.
Silizioan oinarritutako 72H 2-3 m-ko altuera izan daiteke, gehienbat 6 hazbeteko diametroa eta 8 hazbeteko ekoizpen-ahalmen berria 12 hazbeterako.Hori dela eta, silizio karburoa kristalezko lingote deitzen zaio askotan, eta silizioa kristalezko makila bihurtzen da.
Karburozko siliziozko kristalezko lingoteak
Substratua
Kristal luzea osatu ondoren, substratuaren ekoizpen-prozesuan sartzen da.
Ebaketa zuzendua, artezketa (leunketa zakarra, artezketa fina), leunketa (leunketa mekanikoa), ultra-doitasun leunketa (leunketa mekaniko kimikoa) silizio karburoaren substratua lortzen da.
Substratua nagusiki jokatzen dueuskarri fisikoaren, eroankortasun termikoaren eta eroankortasunaren eginkizuna.Prozesatzeko zailtasuna silizio karburoaren materiala altua, kurruskaria eta egonkorra da propietate kimikoetan. Hori dela eta, silizioan oinarritutako prozesatzeko metodo tradizionalak ez dira egokiak silizio karburoaren substraturako.
Ebaketa-efektuaren kalitateak zuzenean eragiten dio siliziozko karburozko produktuen errendimenduari eta erabilera-eraginkortasunari (kostua), beraz, lodiera txikia, uniformea eta ebaketa baxua izan behar da.
Gaur egun,4 hazbeteko eta 6 hazbeteko lerro anitzeko ebaketa ekipoak erabiltzen ditu batez ere,siliziozko kristalak 1 mm baino gehiagoko lodiera duten xerra meheetan moztea.
Lerro anitzeko ebaketa eskema-diagrama
Etorkizunean, karbonizatutako siliziozko obleen tamaina handitzearekin batera, materialaren erabilera-eskakizunen hazkundea areagotu egingo da, eta laser bidezko zatiketa eta hotza bereizketa bezalako teknologiak ere pixkanaka aplikatuko dira.
2018an, Infineonek Siltectra GmbH erosi zuen, hotz cracking izeneko prozesu berritzailea garatu zuena.
Hari anitzeko ebaketa-prozesu tradizionalaren 1/4-ko galerarekin alderatuta,hotzeko pitzadura-prozesuak silizio-karburoaren materialaren 1/8 baino ez zuen galdu.
Luzapena
Siliziozko karburoaren materialak ezin duenez zuzenean energia-gailurik egin substratuan, hainbat gailu behar dira luzapen-geruzan.
Hori dela eta, substratuaren ekoizpena amaitu ondoren, kristal bakarreko film mehe espezifikoa hazten da substratuan hedapen-prozesuaren bidez.
Gaur egun, gas kimikoen metaketa metodoa (CVD) prozesua erabiltzen da batez ere.
Diseinua
Substratua egin ondoren, produktuaren diseinu fasean sartzen da.
MOSFETentzat, diseinu prozesuaren ardatza zirrikituaren diseinua da,alde batetik, patenteen urraketa saihesteko(Infineon, Rohm, ST, etab., patenteen diseinua dute), eta bestetikmanufakturagarritasuna eta fabrikazio kostuak betetzea.
Ostia fabrikatzea
Produktuaren diseinua amaitu ondoren, obleen fabrikazio fasean sartzen da,eta prozesua silizioaren antzekoa da, batez ere hurrengo 5 urratsak dituena.
☆ 1. urratsa: injektatu maskara
Silizio oxidozko (SiO2) film geruza bat egiten da, fotoresist-a estaltzen da, fotoresist eredua homogeneizazio, esposizio, garapen eta abar urratsen bidez eratzen da eta irudia oxido-filmera transferitzen da grabaketa-prozesuaren bidez.
☆ 2. urratsa: Ioien inplantazioa
Maskaratutako silizio-karburoko oblea ioi-inplantatzaile batean jartzen da, non aluminio-ioiak injektatzen diren P motako dopa-eremu bat osatzeko, eta erretiratu egiten dira inplantatutako aluminio-ioiak aktibatzeko.
Oxido-filma kentzen da, nitrogeno ioiak P motako doping-eskualdearen eskualde zehatz batean injektatzen dira, drainatze eta iturriko N motako eskualde eroale bat osatzeko, eta inplantatutako nitrogeno-ioiak erretu egiten dira horiek aktibatzeko.
☆ 3. urratsa: egin sareta
Egin sareta. Iturburuaren eta hustubidearen arteko eremuan, ate-oxido-geruza tenperatura altuko oxidazio-prozesuaren bidez prestatzen da eta ate-elektrodo-geruza metatzen da atearen kontrol-egitura osatzeko.
☆ 4. urratsa: pasibazio geruzak egitea
Pasibazio geruza egiten da. Isolamendu-ezaugarri onak dituen pasibazio-geruza bat jarri elektrodoen arteko matxura ekiditeko.
☆ 5. urratsa: egin drainatze iturriko elektrodoak
Egin draina eta iturria. Pasibazio-geruza zulatuta dago eta metala isurtzen da draina eta iturri bat osatzeko.
Argazki iturria: Xinxi Capital
Prozesu-mailaren eta silizio-oinarritutakoen artean alde txikia dagoen arren, silizio karburozko materialen ezaugarriak direla eta,ioi-inplantazioa eta erretiroa tenperatura altuko ingurunean egin behar dira(1600 º C-ra arte), tenperatura altuak materialaren sare-egituran eragina izango du, eta zailtasunak etekinean ere eragina izango du.
Horrez gain, MOSFET osagaietarako,atearen oxigenoaren kalitateak zuzenean eragiten du kanalaren mugikortasunean eta atearen fidagarritasunean, silizio- eta karbono-atomo bi mota daudelako silizio-karburoaren materialan.
Hori dela eta, ate ertaineko hazkuntza-metodo berezi bat behar da (beste puntu bat da silizio karburozko xafla gardena dela eta fotolitografia faseko posizioaren lerrokatzea zaila dela silizioa).
Obleen fabrikazioa amaitu ondoren, txip indibiduala txip huts batean mozten da eta xedearen arabera ontziratu daiteke. Gailu diskretuen prozesu arrunta TO paketea da.
650V CoolSiC™ MOSFETak TO-247 paketean
Argazkia: Infineon
Automobilgintzaren eremuak potentzia eta beroa xahutzeko eskakizun handiak ditu, eta batzuetan beharrezkoa da zubi-zirkuituak zuzenean eraikitzea (zubi erdia edo zubi osoa, edo zuzenean diodoekin paketatuta).
Hori dela eta, askotan modulu edo sistemetan zuzenean paketatzen da. Modulu bakarrean ontziratutako txip kopuruaren arabera, forma arrunta 1-en (BorgWarner), 6-en 1 (Infineon) da, etab., eta zenbait konpainiak hodi bakarreko eskema paraleloa erabiltzen dute.
Borgwarner Sugegorria
Alde biko ura hoztea eta SiC-MOSFET onartzen ditu
Infineon CoolSiC™ MOSFET moduluak
Silizioa ez bezala,silizio karburoko moduluek tenperatura altuagoan funtzionatzen dute, 200 º C inguru.
Soldadura bigunen tenperatura fusio-puntuaren tenperatura baxua da, ezin ditu tenperatura-baldintzak bete. Hori dela eta, siliziozko karburoko moduluek tenperatura baxuko zilarrezko sinterizazio prozesua erabiltzen dute.
Modulua amaitu ondoren, piezen sisteman aplika daiteke.
Tesla Model3 motor kontrolatzailea
Txipa biluzia ST, norberak garatutako paketetik eta gidatzeko sistema elektrikotik dator
☆02 SiC aplikazioaren egoera?
Automobilgintzan, energia-gailuak erabiltzen dira batez ereDCDC, OBC, motor-inbertsoreak, aire girotu elektriko-inbertsoreak, haririk gabeko kargatzea eta beste pieza batzukAC/DC bihurketa azkarra eskatzen dutenak (DCDC etengailu azkar gisa jokatzen du batez ere).
Argazkia: BorgWarner
Silizioan oinarritutako materialekin alderatuta, SIC materialek handiagoak dituzteelur-jausiaren matxura-eremuaren indarra kritikoa(3×106V/cm),eroankortasun termiko hobea(49W/mK) etabanda-hutsune zabalagoa(3,26eV).
Banda-hutsunea zenbat eta zabalagoa izan, orduan eta txikiagoa da ihes-korrontea eta orduan eta eraginkortasun handiagoa. Zenbat eta eroankortasun termiko hobea izan, orduan eta korronte dentsitate handiagoa izango da. Zenbat eta indartsuagoa izan elur-jausiaren matxura-eremu kritikoa, gailuaren tentsio-erresistentzia hobetu daiteke.
Hori dela eta, ontziko tentsio handiko alorrean, lehendik dagoen silizioan oinarritutako IGBT eta FRD konbinazioa ordezkatzeko silizio karburozko materialez prestatutako MOSFETek eta SBDek potentzia eta eraginkortasuna eraginkortasunez hobe ditzakete,batez ere maiztasun handiko aplikazio agertokietan, kommutazio-galerak murrizteko.
Gaur egun, litekeena da eskala handiko aplikazioak lortzea motor-inbertsoreetan, ondoren OBC eta DCDC.
800V tentsioko plataforma
800V-ko tentsioko plataforman, maiztasun handiko abantailak SiC-MOSFET irtenbidea aukeratzeko joera handiagoa egiten du enpresak. Hori dela eta, egungo 800V-ko kontrol elektronikoaren plangintza SiC-MOSFET gehiena.
Plataforma-mailako plangintzak barne hartzen dituE-GMP modernoa, GM Otenergy - bilketa eremua, Porsche PPE eta Tesla EPA.SiC-MOSFET esplizituki eramaten ez duten Porsche PPE plataforma ereduak izan ezik (lehen eredua silizean oinarritutako IGBT da), beste ibilgailu-plataformek SiC-MOSFET eskemak hartzen dituzte.
Unibertsala Ultra energia plataforma
800V ereduaren plangintza gehiago da,Great Wall Salon marka Jiagirong, Beiqi pole Fox S HI bertsioa, auto ideal S01 eta W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 esan zuen 800V plataforma eramango duela, BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen-ek ikerketan 800V teknologiaz gain.
Tier1 hornitzaileek lortutako 800 V-ko eskaeren egoeratik,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics eta Huichuanguztiak iragarritako 800V-ko unitate elektrikoen aginduak.
400V-ko tentsioko plataforma
400V-ko tentsioko plataforman, SiC-MOSFET potentzia eta potentzia dentsitate eta eraginkortasun handia kontuan hartzen ditu batez ere.
Esaterako, orain masiboki ekoitzi den Tesla Model 3\Y motorra, BYD Hanhou motorraren potentzia gailurra 200Kw ingurukoa da (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIOk ere SiC-MOSFET produktuak erabiliko ditu ET7tik hasita. eta gero zerrendatuko den ET5a. Potentzia gailurra 240Kw da (ET5 210Kw).
Gainera, eraginkortasun handiko ikuspegitik, enpresa batzuk SiC-MOSFET produktu osagarrien uholdeen bideragarritasuna aztertzen ari dira.
Argitalpenaren ordua: 2023-08-08
