У поређењу са енергетским полупроводницима на бази силицијума, СиЦ (силицијум карбид) енергетски полупроводници имају значајне предности у фреквенцији пребацивања, губитку, дисипацији топлоте, минијатуризацији итд.
Са великом производњом Теслиних инвертера од силицијум карбида, више компанија је такође почело да производи производе од силицијум карбида.
СиЦ је тако „невероватан“, како је, забога, направљен?Које су сада апликације?Хајде да видимо!
01 ☆ Рођење СиЦ-а
Као и други енергетски полупроводници, СиЦ-МОСФЕТ индустријски ланац укључуједуги кристал – супстрат – епитаксија – дизајн – производња – веза за паковање.
Дуги кристал
Током дуге кристалне везе, за разлику од припреме Тира методе коју користи монокристални силицијум, силицијум карбид углавном усваја физички метод транспорта гаса (ПВТ, такође познат као побољшани Лли или метод сублимације кристала семена), метод хемијског таложења високотемпературног гаса (ХТЦВД ) додаци.
☆ Основни корак
1. Угљенична чврста сировина;
2. Након загревања, чврсти карбид постаје гас;
3. Гас се креће на површину кристала семена;
4. Гас расте на површини кристала семена у кристал.
Извор слике: „Техничка тачка за растављање ПВТ раста силицијум карбида“
Различите израде су изазвале два велика недостатка у поређењу са силиконском базом:
Прво, производња је тешка, а принос је низак.Температура гасне фазе на бази угљеника расте изнад 2300 ° Ц, а притисак је 350 МПа.Цела тамна кутија је изведена и лако се меша у нечистоће.Принос је мањи од силицијумске базе.Што је већи пречник, мањи је принос.
Други је спор раст.Управљање ПВТ методом је веома споро, брзина је око 0,3-0,5 мм/х, а може нарасти 2 цм за 7 дана.Максимум може да порасте само 3-5 цм, а пречник кристалног ингота је углавном 4 инча и 6 инча.
72Х на бази силицијума може нарасти до висине од 2-3 м, са пречником углавном 6 инча и 8 инча новим производним капацитетом за 12 инча.Због тога се силицијум карбид често назива кристалним инготом, а силицијум постаје кристални штапић.
Инготи од карбидног силицијумског кристала
Супстрат
Након што је дуги кристал завршен, улази у процес производње супстрата.
Након циљаног сечења, брушења (грубо брушење, фино брушење), полирања (механичко полирање), ултра прецизног полирања (хемијско механичко полирање), добија се подлога од силицијум карбида.
Подлога се углавном играулога физичког ослонца, топлотне проводљивости и проводљивости.Тешкоћа обраде је у томе што је материјал силицијум карбида висок, хрскав и стабилан у хемијским својствима.Стога, традиционалне методе обраде на бази силицијума нису погодне за подлоге од силицијум карбида.
Квалитет ефекта сечења директно утиче на перформансе и ефикасност коришћења (цена) производа од силицијум карбида, тако да је потребно да буде мала, уједначена дебљина и ниско сечење.
Сада,4-инчни и 6-инчни углавном користе опрему за сечење са више линија,сечење кристала силицијума на танке кришке дебљине не веће од 1 мм.
Шематски дијаграм вишелинијског сечења
У будућности, са повећањем величине карбонизованих силицијумских плочица, повећаваће се и захтеви за коришћење материјала, а постепено ће се примењивати и технологије као што су ласерско сечење и хладно одвајање.
Инфинеон је 2018. године купио Силтецтра ГмбХ, која је развила иновативни процес познат као хладно пуцање.
У поређењу са традиционалним губитком процеса резања са више жица од 1/4,процес хладног пуцања изгубио је само 1/8 материјала од силицијум карбида.
Продужетак
Пошто материјал од силицијум карбида не може да направи уређаје за напајање директно на подлози, потребни су различити уређаји на продужетку.
Стога, након што је производња подлоге завршена, специфичан монокристални танки филм се узгаја на супстрату кроз процес екстензије.
Тренутно се углавном користи процес хемијског гасног таложења (ЦВД).
Дизајн
Након што је подлога направљена, улази у фазу дизајна производа.
За МОСФЕТ, фокус процеса пројектовања је дизајн жлеба,с једне стране да би се избегло кршење патента(Инфинеон, Рохм, СТ, итд., имају патентни изглед), а са друге стране дазадовољити трошкове производње и производње.
Израда вафла
Након што је дизајн производа завршен, улази у фазу производње вафла,а процес је отприлике сличан оном са силицијумом, који углавном има следећих 5 корака.
☆Корак 1: Убризгајте маску
Прави се слој филма од силицијум оксида (СиО2), фоторезист се облаже, образац фоторезиста се формира кроз кораке хомогенизације, експозиције, развијања итд., а фигура се процесом јеткања преноси на оксидни филм.
☆Корак 2: Имплантација јона
Маскирана плочица од силицијум карбида се поставља у јонски имплантатор, где се јони алуминијума убризгавају да би се формирала допинг зона П, и жаре да би се активирали имплантирани јони алуминијума.
Оксидни филм се уклања, јони азота се убризгавају у одређени регион допинг региона П типа да би се формирао проводни регион одвода и извора Н-типа, а имплантирани јони азота се жаре да би се активирали.
☆ Корак 3: Направите мрежу
Направите решетку.У области између извора и дрена, слој оксида капије се припрема процесом оксидације на високој температури, а слој електроде капије се депонује да формира структуру за контролу капије.
☆Корак 4: Прављење слојева пасивације
Направљен је пасивациони слој.Нанесите слој пасивирања са добрим изолационим карактеристикама да бисте спречили међуелектродни квар.
☆Корак 5: Направите електроде за одвод-извор
Направите одвод и извор.Пасивациони слој је перфориран и метал се распршује да би се формирао одвод и извор.
Извор фотографије: Ксинки Цапитал
Иако постоји мала разлика између нивоа процеса и на бази силицијума, због карактеристика материјала силицијум карбида,јонска имплантација и жарење треба да се спроведу у окружењу високе температуре(до 1600 ° Ц), висока температура ће утицати на решеткасту структуру самог материјала, а тешкоћа ће утицати и на принос.
Поред тога, за МОСФЕТ компоненте,квалитет кисеоника капије директно утиче на покретљивост канала и поузданост капије, јер постоје две врсте атома силицијума и угљеника у материјалу силицијум карбида.
Због тога је потребна специјална метода раста средњег затварача (друга ствар је да је плоча од силицијум карбида провидна, а поравнање положаја у фази фотолитографије је тешко за силицијум).
Након завршетка производње вафла, појединачни чип се сече у голи чип и може се паковати у складу са наменом.Уобичајени процес за дискретне уређаје је ТО пакет.
650В ЦоолСиЦ™ МОСФЕТ-ови у ТО-247 пакету
Фото: Инфинеон
Аутомобилска област има велике захтеве за снагом и расипањем топлоте, а понекад је потребно директно изградити мостовна кола (поломост или пун мост, или директно упакован са диодама).
Због тога се често пакује директно у модуле или системе.Према броју чипова упакованих у један модул, уобичајени облик је 1 у 1 (БоргВарнер), 6 у 1 (Инфинеон) итд., а неке компаније користе паралелну шему са једном цеви.
Боргварнер Випер
Подржава двострано водено хлађење и СиЦ-МОСФЕТ
Инфинеон ЦоолСиЦ™ МОСФЕТ модули
За разлику од силицијума,Модули од силицијум карбида раде на вишој температури, око 200 ° Ц.
Традиционална температура тачке топљења меког лема је ниска, не може испунити температурне захтеве.Због тога модули од силицијум карбида често користе процес синтеровања сребра на ниској температури.
Након што је модул завршен, може се применити на систем делова.
Контролер мотора Тесла Модел3
Голи чип долази из СТ, саморазвијеног пакета и електричног погонског система
☆02 Статус апликације СиЦ?
У аутомобилској области, уређаји за напајање се углавном користе уДЦДЦ, ОБЦ, моторни инвертори, електрични претварачи клима уређаја, бежично пуњење и други деловикоји захтевају брзу конверзију АЦ/ДЦ (ДЦДЦ углавном делује као брзи прекидач).
Фото: БоргВарнер
У поређењу са материјалима на бази силицијума, СИЦ материјали имају вишекритична јачина поља пробоја лавине(3×106В/цм),боља топлотна проводљивост(49В/мК) ишири појас(3,26еВ).
Што је шири појас, то је мања струја цурења и већа је ефикасност.Што је боља топлотна проводљивост, већа је густина струје.Што је јаче критично поље пробоја лавине, напонски отпор уређаја се може побољшати.
Стога, у области високог напона на плочи, МОСФЕТ-ови и СБД припремљени од силицијум карбидних материјала да замене постојећу ИГБТ и ФРД комбинацију на бази силицијума могу ефикасно да побољшају снагу и ефикасност,посебно у сценаријима примене високе фреквенције за смањење губитака при пребацивању.
Тренутно је највероватније да ће постићи велике примене у моторним инвертерима, а затим следе ОБЦ и ДЦДЦ.
800В напонска платформа
У напонској платформи од 800 В, предност високе фреквенције чини предузећа склонијима да изаберу СиЦ-МОСФЕТ решење.Стога, већина тренутног 800В електронског управљања планира СиЦ-МОСФЕТ.
Планирање на нивоу платформе укључујемодерни Е-ГМП, ГМ Отенерги – пикап поље, Порсцхе ППЕ и Тесла ЕПА.Осим модела платформе Порсцхе ППЕ који експлицитно не носе СиЦ-МОСФЕТ (први модел је ИГБТ заснован на силицијум диоксиду), друге платформе возила усвајају СиЦ-МОСФЕТ шеме.
Универзална Ултра енергетска платформа
Планирање модела 800В је више,бренд Греат Валл Салон Јиагиронг, Беики стуб Фок С ХИ верзија, идеалан аутомобил С01 и В01, Ксиаопенг Г9, БМВ НК1, Цханган Авита Е11 је рекао да ће носити 800В платформу, поред БИД, Ланту, ГАЦ 'ан, Мерцедес-Бенз, зеро Рун, ФАВ Ред Флаг, Волксваген је такође рекао 800В технологију у истраживању.
Из ситуације са поруџбинама од 800В добијеним од стране добављача Тиер1,БоргВарнер, Випаи Тецхнологи, ЗФ, Унитед Елецтроницс и Хуицхуансве најављене поруџбине за 800В електрични погон.
Платформа напона 400В
У напонској платформи од 400В, СиЦ-МОСФЕТ углавном узима у обзир велику снагу и густину снаге и високу ефикасност.
Као што је Тесла Модел 3\И мотор који се сада масовно производи, вршна снага БИД Ханхоу мотора је око 200Кв (Тесла 202Кв, 194Кв, 220Кв, БИД 180Кв), НИО ће такође користити СиЦ-МОСФЕТ производе почевши од ЕТ7 и ЕТ5 који ће бити наведен касније.Максимална снага је 240Кв (ЕТ5 210Кв).
Поред тога, из перспективе високе ефикасности, нека предузећа такође истражују изводљивост помоћних СиЦ-МОСФЕТ производа за плављење.
Време поста: Јул-08-2023