Í samanburði við kísil-undirstaða aflhálfleiðara hafa SiC (kísilkarbíð) aflhálfleiðarar umtalsverða kosti við að skipta um tíðni, tap, hitaleiðni, smæðingu osfrv.
Með umfangsmikilli framleiðslu Tesla á kísilkarbíð inverterum hafa fleiri fyrirtæki einnig byrjað að landa kísilkarbíðvörum.
SiC er svo „ótrúlegt“, hvernig í ósköpunum var það búið til?Hver eru umsóknirnar núna?Látum okkur sjá!
01 ☆ Fæðing SiC
Eins og aðrir aflhálfleiðarar, inniheldur SiC-MOSFET iðnaðarkeðjanlangi kristal – hvarfefni – epitaxy – hönnun – framleiðsla – pökkunartenging.
Langur kristal
Meðan á langa kristaltengingunni stendur, ólíkt undirbúningi Tira aðferðarinnar sem notuð er með einkristal sílikoni, notar kísilkarbíð aðallega líkamlega gasflutningsaðferð (PVT, einnig þekkt sem endurbætt Lly eða frækristal sublimation aðferð), háhita efnagasútfellingaraðferð (HTCVD ) bætiefni.
☆ Kjarnaskref
1. Kolefnisfast hráefni;
2. Eftir upphitun verður karbíð fast efni að gasi;
3. Gas færist yfir á yfirborð frækristallsins;
4. Gas vex á yfirborði frækristallsins í kristal.
Myndheimild: „Tæknilegur punktur til að taka í sundur PVT vaxtarkísilkarbíð“
Mismunandi handverk hefur valdið tveimur stórum ókostum miðað við kísilgrunninn:
Í fyrsta lagi er framleiðsla erfið og uppskeran lág.Hitastig gasfasans sem byggir á kolefni fer yfir 2300 ° C og þrýstingurinn er 350 MPa.Allt dökkt kassinn er borinn út og það er auðvelt að blanda í óhreinindi.Afraksturinn er lægri en kísilgrunnurinn.Því stærra sem þvermálið er, því minni er afraksturinn.
Annað er hægur vöxtur.Stjórnun PVT-aðferðarinnar er mjög hæg, hraðinn er um 0,3-0,5 mm/klst. og hann getur vaxið 2cm á 7 dögum.Hámarkið getur aðeins vaxið 3-5 cm og þvermál kristalhleifsins er að mestu 4 tommur og 6 tommur.
Kísilundirstaða 72H getur vaxið í 2-3m hæð, með þvermál að mestu 6 tommu og 8 tommu ný framleiðslugetu fyrir 12 tommur.Þess vegna er kísilkarbíð oft kallað kristalhleifur og kísill verður að kristalstöng.
Karbíð sílikon kristal hleifar
Undirlag
Eftir að langi kristallinn er búinn fer hann í framleiðsluferli undirlagsins.
Eftir markvissa klippingu, slípun (grófslípun, fínslípun), slípun (vélræn slípun), ofurnákvæmni fæging (efnafræðileg vélræn slípun), er kísilkarbíð undirlagið fengið.
Undirlagið leikur aðallegahlutverk líkamlegs stuðnings, hitaleiðni og leiðni.Erfiðleikar við vinnslu er að kísilkarbíðefnið er hátt, stökkt og stöðugt í efnafræðilegum eiginleikum.Þess vegna eru hefðbundnar kísil-undirstaða vinnsluaðferðir ekki hentugur fyrir kísilkarbíð hvarfefni.
Gæði skurðaráhrifanna hafa bein áhrif á frammistöðu og nýtingarhagkvæmni (kostnað) kísilkarbíðafurða, þannig að það þarf að vera lítið, einsleitt þykkt og lítið skorið.
Sem stendur,4-tommu og 6-tommu notar aðallega fjöllínu skurðarbúnað,skera sílikonkristalla í þunnar sneiðar með þykkt ekki meira en 1 mm.
Skýringarmynd fyrir marglína klippingu
Í framtíðinni, með aukningu á stærð kolsýrðra kísilþráða, mun aukning á kröfum um efnisnýtingu aukast og tækni eins og leysisskurður og kalt aðskilnaður verður einnig smám saman beitt.
Árið 2018 keypti Infineon Siltectra GmbH, sem þróaði nýstárlegt ferli sem kallast kalt sprunga.
Í samanburði við hefðbundna fjölvíra skurðarferlistap upp á 1/4,kalt sprunguferlið tapaði aðeins 1/8 af kísilkarbíðefninu.
Framlenging
Þar sem kísilkarbíðefnið getur ekki búið til rafmagnstæki beint á undirlagið, þarf ýmis tæki á framlengingarlagið.
Þess vegna, eftir að framleiðslu á undirlaginu er lokið, er sérstök einkristall þunn filma ræktuð á undirlagið í gegnum framlengingarferlið.
Sem stendur er efnafræðileg gasútfellingaraðferð (CVD) aðallega notuð.
Hönnun
Eftir að undirlagið er búið til fer það inn í vöruhönnunarstigið.
Fyrir MOSFET er áherslan í hönnunarferlinu hönnun grópsins,annars vegar til að forðast einkaleyfisbrot(Infineon, Rohm, ST, osfrv., hafa einkaleyfisútlit), og hins vegar tilmæta framleiðslugetu og framleiðslukostnaði.
Smíði obláta
Eftir að vöruhönnun er lokið fer hún inn í oblátaframleiðslustigið,og ferlið er nokkurn veginn svipað og kísil, sem hefur aðallega eftirfarandi 5 skref.
☆ Skref 1: Sprautaðu grímunni
Lag af kísiloxíðfilmu (SiO2) filmu er búið til, ljósþolið er húðað, ljósþolsmynstrið er myndað í gegnum skrefin einsleitni, útsetningu, þróun osfrv., og myndin er flutt yfir á oxíðfilmuna í gegnum ætingarferlið.
☆ Skref 2: Jónaígræðsla
Grímuklædda kísilkarbíðskífan er sett í jónaígræðslutæki, þar sem áljónum er sprautað til að mynda P-gerð lyfjamisnotkunarsvæðis, og glæðað til að virkja ígræddu áljónunum.
Oxíðfilman er fjarlægð, köfnunarefnisjónum er sprautað inn í ákveðið svæði á P-gerð lyfjanotkunarsvæðisins til að mynda N-gerð leiðandi svæði frárennslis og uppsprettu, og ígræddu köfnunarefnisjónunum er glóðað til að virkja þær.
☆ Skref 3: Gerðu ristina
Gerðu ristina.Á svæðinu milli uppsprettu og frárennslis er hliðaroxíðlagið undirbúið með háhitaoxunarferli og hlið rafskautslagið er sett til að mynda hliðarstýringarbygginguna.
☆ Skref 4: Að búa til passiveringslög
Aðgerðarlag er búið til.Setjið passiveringarlag með góðum einangrunareiginleikum til að koma í veg fyrir sundurliðun milli rafskauta.
☆ Skref 5: Búðu til rafskaut fyrir frárennsli
Gerðu frárennsli og uppsprettu.Passunarlagið er gatað og málmi er sputtered til að mynda frárennsli og uppsprettu.
Myndheimild: Xinxi Capital
Þrátt fyrir að það sé lítill munur á vinnslustigi og kísilgrunni, vegna eiginleika kísilkarbíðefna,jónaígræðsla og glæðing þarf að fara fram við háhita umhverfi(allt að 1600 ° C), hár hiti mun hafa áhrif á grindarbyggingu efnisins sjálfs og erfiðleikarnir munu einnig hafa áhrif á ávöxtunina.
Að auki, fyrir MOSFET íhluti,gæði hliðs súrefnis hefur bein áhrif á hreyfanleika rásarinnar og áreiðanleika hliðsins, vegna þess að það eru tvenns konar kísil- og kolefnisatóm í kísilkarbíðefninu.
Þess vegna er þörf á sérstakri hlið miðlungs vaxtaraðferð (annar atriði er að kísilkarbíðplatan er gagnsæ og staðsetningin á ljóslithography stigi er erfitt að sílikon).
Eftir að flísarframleiðslan er lokið er einstaka flísin skorin í beina flís og hægt að pakka honum í samræmi við tilganginn.Algengt ferlið fyrir stak tæki er TO pakki.
650V CoolSiC™ MOSFET í TO-247 pakka
Mynd: Infineon
Bílasviðið hefur miklar kröfur um afl og hitaleiðni og stundum er nauðsynlegt að byggja beint brúarrásir (hálfbrú eða full brú, eða beint pakkað með díóðum).
Þess vegna er því oft pakkað beint inn í einingar eða kerfi.Samkvæmt fjölda flísa sem pakkað er í einni einingu er algengt form 1 í 1 (BorgWarner), 6 í 1 (Infineon), o.s.frv., og sum fyrirtæki nota samhliða kerfi með einu röri.
Borgwarner Viper
Styður tvíhliða vatnskælingu og SiC-MOSFET
Infineon CoolSiC™ MOSFET einingar
Ólíkt sílikoni,kísilkarbíðeiningar starfa við hærra hitastig, um 200 ° C.
Hefðbundið mjúkt lóðmálmhitastig bræðslumarkshitastigs er lágt, getur ekki uppfyllt hitastigskröfur.Þess vegna nota kísilkarbíðeiningar oft lághita silfursuðusuðuferli.
Eftir að einingunni er lokið er hægt að nota hana á hlutakerfið.
Tesla Model3 mótorstýring
Bein flís kemur frá ST, sjálfþróuðum pakka og rafdrifnu kerfi
☆02 Umsóknarstaða SiC?
Á bílasviðinu eru rafmagnstæki aðallega notuð íDCDC, OBC, mótor inverter, rafmagns loftræsting inverter, þráðlaus hleðsla og aðrir hlutarsem krefjast hraðskipta AC/DC (DCDC virkar aðallega sem hraður rofi).
Mynd: BorgWarner
Í samanburði við efni sem byggir á sílikon, hafa SIC efni hærrikröftugur niðurbrotsstyrkur fyrir snjóflóð(3×106V/cm),betri hitaleiðni(49W/mK) ogbreiðari hljómsveitarbil(3.26eV).
Því breiðari sem bandbilið er, því minni lekastraumurinn og því meiri skilvirkni.Því betri sem varmaleiðni er, því meiri straumþéttleiki.Því sterkara sem mikilvæga snjóflóðabilunarsviðið er, er hægt að bæta spennuviðnám tækisins.
Þess vegna, á sviði háspennu um borð, geta MOSFETs og SBD unnin af kísilkarbíðefnum til að skipta um núverandi kísil-undirstaða IGBT og FRD samsetningu í raun bætt afl og skilvirkni,sérstaklega í hátíðni notkunaratburðarás til að draga úr skiptatapi.
Sem stendur er líklegast að það nái fram umfangsmiklum forritum í mótorinverterum, þar á eftir OBC og DCDC.
800V spennupallur
Í 800V spennupallinum gerir kosturinn við hátíðni fyrirtæki tilhneigingu til að velja SiC-MOSFET lausn.Þess vegna, mest af núverandi 800V rafrænum stjórnskipulagningu SiC-MOSFET.
Skipulag á palli felur í sérnútíma E-GMP, GM Otenergy – pallbílavöllur, Porsche PPE og Tesla EPA.Nema fyrir Porsche PPE pallagerðir sem bera ekki beinlínis SiC-MOSFET (fyrsta gerðin er kísil-undirstaða IGBT), taka aðrir ökutækispallar upp SiC-MOSFET kerfi.
Universal Ultra orku pallur
800V líkanskipulag er meira,Great Wall Salon vörumerkið Jiagirong, Beiqi stöng Fox S HI útgáfa, tilvalinn bíll S01 og W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 sagði að það muni bera 800V pallur, auk BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen sagði einnig 800V tækni í rannsóknum.
Frá stöðu 800V pantana sem fengnar voru af Tier1 birgjum,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics og Huichuanallar tilkynntar 800V rafdrifnar pantanir.
400V spennupallur
Í 400V spennupallinum er SiC-MOSFET aðallega í huga að mikilli afl- og aflþéttleika og mikilli skilvirkni.
Eins og Tesla Model 3\Y mótorinn sem hefur verið fjöldaframleiddur núna, hámarksafl BYD Hanhou mótors er um 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO mun einnig nota SiC-MOSFET vörur frá ET7 og ET5 sem verður skráð síðar.Hámarksafl er 240Kw (ET5 210Kw).
Að auki, frá sjónarhóli mikillar skilvirkni, eru sum fyrirtæki einnig að kanna hagkvæmni þess að auka flóð SiC-MOSFET vörur.
Pósttími: júlí-08-2023