ከሲሊኮን ላይ ከተመሠረቱ የኃይል ሴሚኮንዳክተሮች ጋር ሲነፃፀር ሲሲ (ሲሊኮን ካርቦይድ) የኃይል ሴሚኮንዳክተሮች በመቀያየር ድግግሞሽ ፣ ኪሳራ ፣ ሙቀት መበታተን ፣ ዝቅተኛነት ፣ ወዘተ.
በቴስላ የሲሊኮን ካርቦዳይድ ኢንቮርተርስ መጠነ ሰፊ ምርት፣ ብዙ ኩባንያዎች የሲሊኮን ካርቦይድ ምርቶችን ማረፍ ጀምረዋል።
SiC በጣም "አስደናቂ" ነው, እንዴት በምድር ላይ ተፈጠረ?አሁን ማመልከቻዎቹ ምንድን ናቸው?እስኪ እናያለን!
01 ☆ የሲሲ መወለድ
ልክ እንደሌሎች የኃይል ሴሚኮንዳክተሮች፣ የሲሲ-MOSFET ኢንዱስትሪ ሰንሰለት ያካትታልረጅሙ ክሪስታል - ንጣፍ - ኤፒታክሲ - ዲዛይን - ማምረት - የማሸጊያ ማያያዣ።
ረጅም ክሪስታል
በረዥሙ ክሪስታል ማገናኛ ወቅት፣ ነጠላ ክሪስታል ሲሊከን ከሚጠቀምበት የቲራ ዘዴ ዝግጅት በተለየ፣ ሲሊከን ካርቦዳይድ በዋናነት የአካላዊ ጋዝ ማጓጓዣ ዘዴን (PVT፣ በተጨማሪም የተሻሻለ ሊሊ ወይም የዘር ክሪስታል ማቃለያ ዘዴ በመባልም ይታወቃል)፣ ከፍተኛ ሙቀት ያለው ኬሚካላዊ ጋዝ የማስቀመጫ ዘዴ ( HTCVD ) ) ተጨማሪዎች.
☆ ኮር እርምጃ
1. የካርቦን ጠንካራ ጥሬ እቃ;
2. ከማሞቅ በኋላ የካርቦይድ ጠጣር ጋዝ ይሆናል;
3. ጋዝ ወደ ዘር ክሪስታል ወለል ላይ ይንቀሳቀሳል;
4. ጋዝ በዘሩ ክሪስታል ላይ ወደ ክሪስታል ያድጋል.
የሥዕል ምንጭ፡- “የ PVT ዕድገት ሲሊኮን ካርቦይድን ለመበተን ቴክኒካል ነጥብ”
ከሲሊኮን መሠረት ጋር ሲነፃፀሩ የተለያዩ ጥበቦች ሁለት ዋና ጉዳቶችን አስከትለዋል ።
በመጀመሪያ, ምርቱ አስቸጋሪ እና ምርቱ ዝቅተኛ ነው.በካርቦን ላይ የተመሰረተ የጋዝ ደረጃ ሙቀት ከ 2300 ° ሴ በላይ ያድጋል እና ግፊቱ 350MPa ነው.ሙሉው የጨለማው ሳጥን ይከናወናል, እና ወደ ቆሻሻዎች መቀላቀል ቀላል ነው.ምርቱ ከሲሊኮን መሠረት ያነሰ ነው.ትልቁ ዲያሜትር, ምርቱ ዝቅተኛ ነው.
ሁለተኛው ቀስ በቀስ እድገት ነው.የ PVT ዘዴ አስተዳደር በጣም ቀርፋፋ ነው, ፍጥነቱ ከ 0.3-0.5 ሚሜ በሰዓት ነው, እና በ 7 ቀናት ውስጥ 2 ሴ.ሜ ሊያድግ ይችላል.ከፍተኛው ከ3-5 ሴ.ሜ ብቻ ሊያድግ ይችላል, እና የክሪስታል ኢንጎት ዲያሜትር በአብዛኛው 4 ኢንች እና 6 ኢንች ነው.
በሲሊኮን ላይ የተመሰረተው 72H ወደ 2-3 ሜትር ቁመት ሊያድግ ይችላል, ዲያሜትሮች በአብዛኛው 6 ኢንች እና 8 ኢንች አዲስ የማምረት አቅም ለ 12 ኢንች.ስለዚህ, ሲሊኮን ካርቦይድ ብዙውን ጊዜ ክሪስታል ኢንጎት ተብሎ ይጠራል, እና ሲሊከን ክሪስታል እንጨት ይሆናል.
የካርቦይድ ሲሊኮን ክሪስታል ኢንጎትስ
Substrate
ረጅሙ ክሪስታል ከተጠናቀቀ በኋላ የንጥረቱን ምርት ሂደት ውስጥ ይገባል.
ከታለመው መቁረጥ በኋላ መፍጨት (ሸካራ መፍጨት ፣ ጥሩ መፍጨት) ፣ ማጽጃ (ሜካኒካል ፖሊንግ) ፣ እጅግ በጣም ትክክለኛነት (የኬሚካል ሜካኒካል ፖሊንግ) ፣ የሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፍ ተገኝቷል።
የ substrate በዋናነት ይጫወታልየአካል ድጋፍ, የሙቀት ማስተላለፊያ እና የመተጣጠፍ ሚና.የማቀነባበሪያው አስቸጋሪነት የሲሊኮን ካርቦይድ ቁሳቁስ ከፍተኛ, ጥርት ያለ እና በኬሚካላዊ ባህሪያት የተረጋጋ ነው.ስለዚህ, ባህላዊ የሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የማቀነባበሪያ ዘዴዎች ለሲሊኮን ካርቦይድ ንጣፍ ተስማሚ አይደሉም.
የመቁረጥ ውጤት ጥራት በቀጥታ የሲሊኮን ካርቦይድ ምርቶችን አፈፃፀም እና አጠቃቀምን (ዋጋ) ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል, ስለዚህ ትንሽ, ተመሳሳይ ውፍረት እና ዝቅተኛ መቁረጥ ያስፈልጋል.
አህነ,4 ኢንች እና 6 ኢንች በዋናነት ባለብዙ መስመር መቁረጫ መሳሪያዎችን ይጠቀማል።የሲሊኮን ክሪስታሎች ከ 1 ሚሊ ሜትር ያልበለጠ ውፍረት ወደ ቀጭን ቁርጥራጮች መቁረጥ.
ባለብዙ መስመር መቁረጫ ንድፍ ንድፍ
ለወደፊቱ, የካርቦን የሲሊኮን ቫፈር መጠን መጨመር, የቁሳቁስ አጠቃቀም መስፈርቶች መጨመር ይጨምራሉ, እና እንደ ሌዘር መቆራረጥ እና ቀዝቃዛ መለያየት የመሳሰሉ ቴክኖሎጂዎች ቀስ በቀስ ተግባራዊ ይሆናሉ.
እ.ኤ.አ. በ 2018, Infineon Silectra GmbH አግኝቷል, ይህም ቀዝቃዛ ስንጥቅ በመባል የሚታወቀው ፈጠራ ሂደትን ፈጠረ.
ከባህላዊ ባለብዙ ሽቦ የመቁረጥ ሂደት 1/4 ኪሳራ ጋር ሲነፃፀርየቀዝቃዛው መሰንጠቅ ሂደት የሲሊኮን ካርቦይድ ቁሳቁስ 1/8 ብቻ ጠፍቷል.
ቅጥያ
የሲሊኮን ካርቦይድ ቁሳቁስ የኃይል መሳሪያዎችን በቀጥታ በንጣፉ ላይ ማድረግ ስለማይችል በማራዘሚያው ንብርብር ላይ የተለያዩ መሳሪያዎች ያስፈልጋሉ.
ስለዚህ የንጥረቱን ማምረት ከተጠናቀቀ በኋላ በማራዘሚያው ሂደት ውስጥ አንድ የተወሰነ ነጠላ ክሪስታል ስስ ፊልም በፕላስተር ላይ ይበቅላል.
በአሁኑ ጊዜ የኬሚካላዊ ጋዝ ማስቀመጫ ዘዴ (ሲቪዲ) ሂደት በዋናነት ጥቅም ላይ ይውላል.
ንድፍ
ንጣፉ ከተሰራ በኋላ ወደ ምርት ዲዛይን ደረጃ ይገባል.
ለ MOSFET የንድፍ ሂደቱ ትኩረት የጉድጓድ ንድፍ ነው,በአንድ በኩል የፓተንት ጥሰትን ለማስወገድ(Infineon, Rohm, ST, ወዘተ., የፈጠራ ባለቤትነት አቀማመጥ አላቸው), እና በሌላ በኩል ወደየማምረቻውን እና የማምረቻ ወጪዎችን ማሟላት.
ዋፈር ማምረት
የምርት ዲዛይኑ ከተጠናቀቀ በኋላ ወደ ዋፈር ማምረት ደረጃ ይገባል,እና ሂደቱ በግምት ከሲሊኮን ጋር ተመሳሳይ ነው, እሱም በዋናነት የሚከተሉት 5 ደረጃዎች አሉት.
☆ደረጃ 1፡ ጭምብሉን ወደ ውስጥ ያስገቡ
ሲሊከን ኦክሳይድ (SiO2) ፊልም አንድ ንብርብር, photoresist ሽፋን, photoresist ጥለት homogenization, መጋለጥ, ልማት, ወዘተ ደረጃዎች በኩል ይመሰረታል, እና አሃዝ ወደ ኦክሳይድ ፊልም ወደ etching ሂደት ይተላለፋል.
☆ደረጃ 2፡ ion መትከል
ጭንብል የተደረገው የሲሊኮን ካርቦዳይድ ዋይፈር ወደ ion implanter ውስጥ እንዲገባ ይደረጋል፣ በዚያም አሉሚኒየም ions በመርፌ የፒ አይነት ዶፒንግ ዞን እንዲፈጠር እና የተተከለውን የአሉሚኒየም ions እንዲነቃቁ ይደረጋል።
ኦክሳይድ ፊልም ተወግዷል, ናይትሮጅን አየኖች P-አይነት doping ክልል ውስጥ የተወሰነ ክልል ውስጥ በመርፌ N-ዓይነት conductive ክልል የፍሳሽ እና ምንጭ, እና የተተከሉ ናይትሮጅን አየኖች annealed እነሱን ለማግበር.
☆ደረጃ 3፡ ፍርግርግ ይስሩ
ፍርግርግ ያድርጉ.ከምንጩ እና ከውኃ ማፍሰሻ መካከል ባለው ቦታ ላይ የጌት ኦክሳይድ ንብርብር በከፍተኛ ሙቀት ኦክሳይድ ሂደት ይዘጋጃል, እና የጌት ኤሌክትሮል ሽፋን የበሩን መቆጣጠሪያ መዋቅር ለመመስረት ይቀመጣል.
☆ደረጃ 4፡ የማለፊያ ንብርብሮችን መስራት
የመተላለፊያ ንብርብር ተሠርቷል.የኢንተርኤሌክትሮድ መበላሸትን ለመከላከል ጥሩ መከላከያ ባህሪያት ያለው ማለፊያ ንብርብር ያስቀምጡ.
☆ደረጃ 5፡- የፍሳሽ ምንጭ ኤሌክትሮዶችን ይስሩ
ፍሳሽ እና ምንጭ ያድርጉ.የመተላለፊያው ንብርብር የተቦረቦረ ነው እና ብረት ተረጭቶ ፍሳሽ እና ምንጭ ይፈጥራል.
የፎቶ ምንጭ: Xinxi Capital
ምንም እንኳን በሂደቱ ደረጃ እና በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ ትንሽ ልዩነት ቢኖርም, በሲሊኮን ካርቦይድ ቁሳቁሶች ባህሪያት ምክንያት,ion መትከል እና ማደንዘዣ በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ መከናወን አለበት(እስከ 1600 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ) ከፍተኛ ሙቀት በእቃው ላይ ባለው ጥልፍ አሠራር ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል, እና ችግሩ ምርቱንም ይነካል.
በተጨማሪም, ለ MOSFET አካላት,የበሩን ኦክሲጅን ጥራት በቀጥታ የሰርጡን ተንቀሳቃሽነት እና የበሩን አስተማማኝነት ይነካል, ምክንያቱም በሲሊኮን ካርቦዳይድ ቁሳቁስ ውስጥ ሁለት ዓይነት የሲሊኮን እና የካርቦን አቶሞች አሉ.
ስለዚህ ልዩ የበር መካከለኛ የእድገት ዘዴ ያስፈልጋል (ሌላ ነጥብ ደግሞ የሲሊኮን ካርቦይድ ወረቀት ግልጽ ነው, እና በፎቶሊቶግራፊ ደረጃ ላይ ያለው አቀማመጥ ለሲሊኮን አስቸጋሪ ነው).
የቫፈር ማምረቻው ከተጠናቀቀ በኋላ የግለሰቡ ቺፕ ወደ ባዶ ቺፕ ተቆርጦ እንደ ዓላማው ሊታሸግ ይችላል.ለልዩ መሳሪያዎች የተለመደው ሂደት TO ጥቅል ነው።
650V CoolSiC™ MOSFETs በTO-247 ጥቅል
ፎቶ: Infineon
የአውቶሞቲቭ መስክ ከፍተኛ ኃይል ያለው እና ሙቀትን የማስወገድ መስፈርቶች አሉት, እና አንዳንድ ጊዜ የድልድይ ወረዳዎችን (ግማሽ ድልድይ ወይም ሙሉ ድልድይ, ወይም በቀጥታ በዲዲዮዎች የታሸገ) መገንባት አስፈላጊ ነው.
ስለዚህ, ብዙውን ጊዜ በቀጥታ ወደ ሞጁሎች ወይም ስርዓቶች የታሸገ ነው.በአንድ ሞጁል ውስጥ በታሸጉ ቺፕስ ብዛት መሰረት, የተለመደው ቅፅ 1 በ 1 (BorgWarner), 6 በ 1 (Infineon) ወዘተ, እና አንዳንድ ኩባንያዎች ነጠላ-ቱቦ ትይዩ እቅድ ይጠቀማሉ.
ቦርግዋርነር ቫይፐር
ባለ ሁለት ጎን የውሃ ማቀዝቀዣ እና SiC-MOSFETን ይደግፋል
Infineon CoolSiC™ MOSFET ሞጁሎች
ከሲሊኮን በተለየ,የሲሊኮን ካርቦይድ ሞጁሎች በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ይሰራሉ, ወደ 200 ° ሴ.
ባህላዊ ለስላሳ የሽያጭ ሙቀት የማቅለጫ ነጥብ ሙቀት ዝቅተኛ ነው, የሙቀት መስፈርቶችን ማሟላት አይችልም.ስለዚህ, የሲሊኮን ካርቦይድ ሞጁሎች ብዙውን ጊዜ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ያለው የብር ማቃጠያ ሂደትን ይጠቀማሉ.
ሞጁሉ ከተጠናቀቀ በኋላ ወደ ክፍሎቹ ስርዓት ሊተገበር ይችላል.
Tesla Model3 ሞተር መቆጣጠሪያ
በባዶ ቺፕ የሚመጣው ከST፣ በራስ-የተሰራ ጥቅል እና የኤሌክትሪክ ድራይቭ ሲስተም ነው።
☆02 የሲሲ ማመልከቻ ሁኔታ?
በአውቶሞቲቭ መስክ ውስጥ የኤሌክትሪክ መሳሪያዎች በዋናነት በ ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላሉDCDC፣ OBC፣ ሞተር ኢንቬንተሮች፣ የኤሌትሪክ አየር ማቀዝቀዣ ኢንቬንተሮች፣ ገመድ አልባ ባትሪ መሙላት እና ሌሎች ክፍሎችAC/DC ፈጣን ልወጣ የሚያስፈልገው (DCDC በዋናነት እንደ ፈጣን መቀየሪያ ይሰራል)።
ፎቶ: BorgWarner
ከሲሊኮን ላይ ከተመሠረቱ ቁሳቁሶች ጋር ሲነፃፀሩ, የሲአይሲ ቁሳቁሶች ከፍ ያለ ናቸውወሳኝ የጎርፍ አደጋ የመስክ ጥንካሬ(3×106V/ሴሜ)፣የተሻለ የሙቀት መቆጣጠሪያ(49W/mK) እናሰፊ ባንድ ክፍተት(3.26eV)።
የባንድ ክፍተቱ ሰፋ ባለ መጠን የፍሰት ጅረት አነስ ያለ እና ውጤታማነቱ ከፍ ያለ ይሆናል።የተሻለ የሙቀት ማስተላለፊያ (thermal conductivity), የአሁኑ እፍጋት ከፍ ያለ ነው.በጣም ጠንከር ያለ ወሳኝ የበረዶ መበታተን መስክ, የመሳሪያው የቮልቴጅ መቋቋም ሊሻሻል ይችላል.
ስለዚህ በቦርዱ ከፍተኛ የቮልቴጅ መስክ MOSFETs እና SBD በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ IGBT እና FRD ጥምርን ለመተካት በሲሊኮን ካርቦዳይድ ቁሳቁሶች ተዘጋጅተው ኃይልን እና ቅልጥፍናን በተሳካ ሁኔታ ሊያሻሽሉ ይችላሉ.በተለይም በከፍተኛ ድግግሞሽ የመተግበሪያ ሁኔታዎች ውስጥ የመቀያየር ኪሳራዎችን ለመቀነስ።
በአሁኑ ጊዜ በሞተር ኢንቬንተሮች ውስጥ መጠነ ሰፊ አፕሊኬሽኖችን የማሳካት ዕድሉ ከፍተኛ ነው፣ ከዚያም OBC እና DCDC ይከተላሉ።
800V ቮልቴጅ መድረክ
በ 800 ቮ የቮልቴጅ መድረክ, ከፍተኛ ድግግሞሽ ያለው ጥቅም ኢንተርፕራይዞች የ SiC-MOSFET መፍትሄን የመምረጥ ፍላጎት አላቸው.ስለዚህ፣ አብዛኛው የአሁኑ የ800V የኤሌክትሮኒክስ ቁጥጥር እቅድ SiC-MOSFET።
የመድረክ-ደረጃ ዕቅድ ያካትታልዘመናዊ ኢ-ጂኤምፒ፣ GM Otenergy - የፒክ አፕ ሜዳ፣ ፖርሽ ፒፒኢ እና ቴስላ ኢ.ፒ.ኤ.SiC-MOSFETን (የመጀመሪያው ሞዴል ሲሊካ-ተኮር IGBT ነው) ከፖርሽ ፒፒኢ የመሳሪያ ስርዓት ሞዴሎች በስተቀር፣ ሌሎች የተሽከርካሪ መድረኮች የSIC-MOSFET እቅዶችን ይከተላሉ።
ሁለንተናዊ አልትራ ኢነርጂ መድረክ
800V ሞዴል እቅድ ማውጣት የበለጠ ነው,የታላቁ ግድግዳ ሳሎን ብራንድ ጂያጊሮንግ፣ የቤይኪ ምሰሶ ፎክስ ኤስኤችአይ ስሪት፣ ተስማሚ መኪና S01 እና W01፣ Xiaopeng G9፣ BMW NK1, Changan Avita E11 ይህ BYD በተጨማሪ, ላንቱ, GAC 'an, መርሴዲስ ቤንዝ, ዜሮ አሂድ, FAW ቀይ ባንዲራ, ቮልስዋገን 800V ፕላትፎርም መሸከም ይሆናል አለ ምርምር ውስጥ.
በደረጃ 1 አቅራቢዎች ከተገኙት የ 800 ቪ ትዕዛዞች ሁኔታ ፣BorgWarner፣ Wipai Technology፣ ZF፣ United Electronics እና Huichuanሁሉም የ 800V የኤሌክትሪክ ድራይቭ ትዕዛዞች አስታውቀዋል።
400V ቮልቴጅ መድረክ
በ 400V የቮልቴጅ መድረክ ላይ, SiC-MOSFET በዋናነት ከፍተኛ ኃይል እና የኃይል ጥንካሬ እና ከፍተኛ ቅልጥፍናን ግምት ውስጥ በማስገባት ነው.
እንደ ቴስላ ሞዴል 3\Y ሞተር አሁን በጅምላ የተሰራው የBYD Hanhou ሞተር ከፍተኛው ኃይል 200Kw ያህል ነው (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw) NIO ከ ET7 ጀምሮ የSIC-MOSFET ምርቶችን ይጠቀማል። እና በኋላ የሚዘረዘረው ET5።ከፍተኛው ኃይል 240Kw (ET5 210Kw) ነው።
በተጨማሪም፣ ከከፍተኛ ቅልጥፍና አንፃር፣ አንዳንድ ኢንተርፕራይዞች የሲሲ-MOSFET ምርቶችን ረዳት የጎርፍ መጥለቅለቅ አዋጭነት እየመረመሩ ነው።
የልጥፍ ሰዓት፡- ጁላይ-08-2023