Кремнийга нигезләнгән электр ярымүткәргечләре белән чагыштырганда, SiC (кремний карбид) электр ярымүткәргечләре ешлыкны, югалту, җылылык тарату, миниатюризация һ.б.
Тесла тарафыннан кремний карбид инвертерларының зур күләмле производствосы белән, күбрәк компанияләр кремний карбид продуктларын урнаштыра башладылар.
SiC шундый "гаҗәп", җирдә ничек ясалган? Хәзер нинди кушымталар бар? Күрик!
01 Si SiC тууы
Башка электр ярымүткәргечләр кебек, SiC-MOSFET индустрия чылбыры да керәозын кристалл - субстрат - эпитакси - дизайн - җитештерү - төрү сылтамасы.
Озын кристалл
Озын кристалл элемтәсе вакытында, бер кристалл кремний кулланган Тира ысулын әзерләүдән аермалы буларак, кремний карбид, нигездә, физик газ ташу ысулын куллана (PVT, шулай ук Lly яки орлык кристалл сублимация ысулы дип атала), югары температуралы химик газ туплау ысулы (HTCVD) ) өстәмәләр.
☆ Төп адым
1. Карбон каты чимал;
2. heatingылыткач, карбид каты газга әйләнә;
3. Газ орлык кристалл өслегенә күчә;
4. Орлык кристаллында газ кристаллга үсә.
Рәсем чыганагы: "ПВТ үсеш кремний карбидын сүтү өчен техник пункт"
Төрле осталык кремний базасы белән чагыштырганда ике зур кимчелек китерде:
Беренчедән, җитештерү авыр, уңыш аз.Углеродлы газ фазасының температурасы 2300 ° C-тан арта һәм басым 350MPa. Бөтен караңгы тартма башкарыла, пычракларга кушылу җиңел. Уңыш кремний нигезеннән түбән. Диаметр зуррак булса, уңыш түбәнрәк.
Икенчесе - әкрен үсеш.ПВТ ысулы белән идарә итү бик әкрен, тизлеге якынча 0,3-0,5 мм / сәг, һәм ул 7 көн эчендә 2см үсә ала. Максимум 3-5см гына үсә ала, һәм кристалл инготның диаметры күбесенчә 4 дюйм һәм 6 дюйм.
Кремний нигезендәге 72H 2-3 м биеклектә үсә ала, диаметрлары күбесенчә 6 дюйм һәм 12 дюйм өчен 8 дюймлы яңа җитештерү куәте.Шуңа күрә кремний карбид еш кристалл ингот дип атала, һәм кремний кристалл таякка әйләнә.
Карбид кремний кристалл инготлар
Субстрат
Озын кристалл беткәч, ул субстрат җитештерү процессына керә.
Максатлы кисү, тарту (тупас тарту, нечкә тарту), полировка (механик полировка), ультра төгәл полировка (химик механик полировка), кремний карбид субстраты алына.
Субстрат уйныйфизик ярдәмнең, җылылык үткәрүчәнлегенең һәм үткәрүчәнлегенең роле.Эшкәртү кыенлыгы - кремний карбид материалы югары, чиста һәм химик үзлекләрдә тотрыклы. Шуңа күрә традицион кремний нигезендә эшкәртү ысуллары кремний карбид субстратына яраксыз.
Кисү эффектының сыйфаты кремний карбид продуктларының эшләвенә һәм куллану эффективлыгына турыдан-туры тәэсир итә, шуңа күрә кечкенә, бердәм калынлык һәм түбән кисү булырга тиеш.
Хәзерге вакытта,4-дюйм һәм 6-дюйм нигездә күп сызыклы кисү җиһазларын куллана,кремний кристалларын калынлыгы 1 ммнан артмаган нечкә кисәкләргә кисү.
Күп сызыклы схематик схема
Киләчәктә, карбонлаштырылган кремний ваферларның күләме арту белән, материалны куллану таләпләренең артуы артачак, һәм лазер кисү һәм салкын аеру кебек технологияләр дә әкренләп кулланылачак.
2018-нче елда Infineon Siltectra GmbH-ны сатып алды, ул салкын ярак дип аталган инновацион процесс эшләде.
Традицион күп чыбыклы кисү процессы белән чагыштырганда 1/4,салкын ярылу процессы кремний карбид материалының 1/8 өлешен югалтты.
Киңәйтү
Кремний карбид материалы субстратта электр җайланмаларын ясый алмаганлыктан, киңәйтү катламында төрле җайланмалар кирәк.
Шуңа күрә, субстрат җитештерү тәмамлангач, киңәйтү процессы аша субстратта билгеле бер кристалл нечкә пленка үстерелә.
Хәзерге вакытта химик газны чүпләү ысулы (CVD) процессы кулланыла.
Дизайн
Субстрат ясалганнан соң, ул продуктның дизайн этабына керә.
MOSFET өчен дизайн процессының төп юнәлеше - трюк дизайны,бер яктан патент бозудан саклану өчен(Инфинон, Рохм, СТ һ.б., патент макеты бар), һәм икенче яктанҗитештерү һәм җитештерү чыгымнарын канәгатьләндерү.
Вафер ясау
Продукциянең дизайны тәмамлангач, ул вафер җитештерү этабына керә,һәм процесс кремнийныкына охшаган, нигездә түбәндәге 5 адым бар.
1 1 адым: Маска салыгыз
Кремний оксиды (SiO2) катламы ясала, фоторесист капланган, фоторесист үрнәге гомогенизация, экспозиция, үсеш һ.б. адымнары аша барлыкка килә, һәм фигура эфир процессы аша оксид пленкасына күчерелә.
2 2 адым: Ион имплантациясе
Маска салынган кремний карбид ваферы ион имплантерына урнаштырыла, анда алюминий ионнары P тибындагы допинг зонасын формалаштыралар һәм имплантацияләнгән алюминий ионнарын активлаштыру өчен яндыралар.
Оксид пленкасы чыгарыла, азот ионнары P тибындагы допинг өлкәсенең билгеле бер өлкәсенә кертелә, дренаж һәм чыганакның N тибындагы үткәргеч өлкәсен формалаштыралар, имплантацияләнгән азот ионнары аларны активлаштыру өчен ябыштырыла.
3 3 адым: Челтәр ясагыз
Челтәр ясагыз. Чыганак белән дренаж арасындагы мәйданда капка оксиды катламы югары температурада оксидлаштыру процессы белән әзерләнә, һәм капка белән идарә итү структурасын формалаштыру өчен капка электрод катламы урнаштырыла.
4 4 адым: Пассивация катламнары ясау
Пассивация катламы ясалган. Интерелектрод ватылмасын өчен яхшы изоляция характеристикалары булган пассивация катламын урнаштырыгыз.
5 5 адым: Дренаж чыганаклы электродлар ясагыз
Дренаж һәм чыганак ясагыз. Пассивация катламы тишелгән һәм дренаж һәм чыганак формалаштыру өчен металл чәчелгән.
Фото чыганагы: Синьси башкаласы
Кремний карбид материалларының характеристикалары аркасында процесс дәрәҗәсе белән кремний арасында аз аерма булса да,ион имплантациясе һәм аннальинг югары температура шартларында башкарылырга тиеш(1600 ° C кадәр), югары температура материалның тактасы структурасына тәэсир итәчәк, һәм авырлык уңышка да тәэсир итәчәк.
Моннан тыш, MOSFET компонентлары өчен,капка кислородының сыйфаты канал хәрәкәтенә һәм капка ышанычлылыгына турыдан-туры тәэсир итә, чөнки кремний карбид материалында ике төрле кремний һәм углерод атомы бар.
Шуңа күрә махсус капка уртача үсеш ысулы кирәк (тагын бер фикер - кремний карбид таблицасы ачык, һәм фотолитография стадиясендә позицияне тигезләү кремнийга авыр).
Вафер җитештерү тәмамланганнан соң, индивидуаль чип ялан чипка киселә һәм максат буенча төрергә мөмкин. Дискрет җайланмалар өчен гомуми процесс - TO пакет.
TO-247 пакетында 650V CoolSiC ™ MOSFETs
Фото: Инфинон
Автомобиль кыры зур көч һәм җылылык тарату таләпләренә ия, һәм кайвакыт күпер схемаларын (ярты күпер яки тулы күпер, яки турыдан-туры диодлар белән төрелгән) төзергә кирәк.
Шуңа күрә ул еш модульләргә яки системаларга туплана. Бер модульгә төрелгән чиплар саны буенча, гомуми форма 1дә 1 (BorgWarner), 6да 1 (Infineon) һ.б., һәм кайбер компанияләр бер труба параллель схемасын кулланалар.
Боргварнер Вайпер
Ике яклы су суыту һәм SiC-MOSFET ярдәм итә
Infineon CoolSiC ™ MOSFET модульләре
Кремнийдан аермалы буларак,кремний карбид модуллары югары температурада, якынча 200 ° C эшли.
Традицион йомшак эретү температурасы эретү ноктасы температурасы түбән, температура таләпләренә җавап бирә алмый. Шуңа күрә, кремний карбид модуллары еш түбән температуралы көмеш синтеринг эретеп ябыштыру процессын кулланалар.
Модуль тәмамлангач, аны өлешләр системасына кулланырга мөмкин.
Тесла Model3 мотор контроллеры
Яланаяк чип ST, үзеннән-үзе эшләнгән пакет һәм электр йөртүче системасыннан килә
☆ 02 SiC куллану статусы?
Автомобиль өлкәсендә электр җайланмалары нигездә кулланылаDCDC, OBC, мотор инвертерлары, электр кондиционеры инвертерлары, чыбыксыз зарядлау һәм башка өлешләрAC / DC тиз конверсия таләп итә (DCDC нигездә тиз ачкыч булып эшли).
Фото: BorgWarner
Кремнийга нигезләнгән материаллар белән чагыштырганда, СИС материаллары югарыракКар көчләрен җимерү кыры көче(3 × 106В / см),яхшырак җылылык үткәрүчәнлеге(49W / mK) һәмкиңрәк диапазон(3.26eV).
Тасма аермасы киңрәк булса, агып торган ток кечерәк һәм эффективлык югары. Rылылык үткәрүчәнлеге яхшырак, агым тыгызлыгы шулкадәр югары. Кардан чыгу критикасы көчлерәк булса, җайланманың көчәнешкә каршы торуы яхшырырга мөмкин.
Шуңа күрә, борттагы югары көчәнеш өлкәсендә, кремний нигезендәге IGBT һәм FRD комбинациясен алыштыру өчен кремний карбид материаллары белән әзерләнгән MOSFET һәм SBD көч һәм эффективлыкны яхшырта ала,аеруча югары ешлыклы сценарийларда күчү югалтуларын киметү өчен.
Хәзерге вакытта, мөгаен, мотор инвертерларында зур масштаблы кушымталарга ирешү, мөгаен, OBC һәм DCDC.
800В көчәнеш платформасы
800В көчәнеш платформасында, югары ешлыкның өстенлеге предприятияләрне SiC-MOSFET чишелешен сайларга теләклерәк итә. Шуңа күрә, хәзерге 800V электрон контроль планлаштыруның күпчелеге SiC-MOSFET.
Платформа дәрәҗәсендә планлаштыру үз эченә алазаманча E-GMP, GM Otenergy - пикап кыры, Porsche PPE, һәм Тесла EPA.SiC-MOSFETны ачык йөртмәгән Porsche PPE платформа модельләреннән кала (беренче модель кремний нигезендә IGBT), башка транспорт платформалары SiC-MOSFET схемаларын кабул итә.
Универсаль Ultra энергия платформасы
800В модель планлаштыру күбрәк,Зур стена салоны бренды Jiagirong, Beiqi pole Fox S HI версиясе, идеаль машина S01 һәм W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Чанган Авита E11 800V платформасын йөртәчәген әйтте, BYD, Lantu, GAC 'an, Мерседес-Бенц, нуль Run, FAW Кызыл Флаг, Volkswagen шулай ук 800V технологияне тикшерүдә әйтте.
Tier1 тәэмин итүчеләре алган 800В заказлар ситуациясеннән,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, һәм Huichuanбарысы да 800В электр йөртү заказы игълан иттеләр.
400В көчәнеш платформасы
400В көчәнеш платформасында SiC-MOSFET, нигездә, югары көч һәм көч тыгызлыгын һәм югары эффективлыкны исәпкә ала.
Хәзерге вакытта массалы җитештерелгән Тесла Модель 3 \ Y моторы кебек, BYD Ханхоу моторының иң югары көче якынча 200Кв (Тесла 202Кв, 194Кв, 220Кв, BYD 180Кв), NIO шулай ук ET7-дән SiC-MOSFET продуктларын кулланачак. һәм соңрак күрсәтеләчәк ET5. Иң югары көче - 240Кв (ET5 210Кв).
Моннан тыш, югары эффективлык күзлегеннән караганда, кайбер предприятияләр SiC-MOSFET продуктларының ярдәмче су басу мөмкинлеген өйрәнәләр.
Пост вакыты: Июль-08-2023
