සිලිකන් පාදක බල අර්ධ සන්නායක හා සසඳන විට, SiC (සිලිකන් කාබයිඩ්) බල අර්ධ සන්නායකවලට සංඛ්‍යාතය මාරු කිරීම, අලාභය, තාපය විසුරුවා හැරීම, කුඩාකරණය ආදියෙහි සැලකිය යුතු වාසි ඇත.
ටෙස්ලා විසින් සිලිකන් කාබයිඩ් ඉන්වර්ටර් මහා පරිමාණයෙන් නිෂ්පාදනය කිරීමත් සමඟ, තවත් සමාගම් සිලිකන් කාබයිඩ් නිෂ්පාදන අපනයනය කිරීමට පටන් ගෙන තිබේ.
SiC හරිම "පුදුමයි", ඒක කොහොමද හැදුවේ? දැන් තියෙන යෙදුම් මොනවද? බලමු!
01 ☆ SiC එකක උපත
අනෙකුත් බල අර්ධ සන්නායක මෙන්, SiC-MOSFET කර්මාන්ත දාමයට ඇතුළත් වන්නේදිගු ස්ඵටික - උපස්ථරය - එපිටැක්සි - නිර්මාණය - නිෂ්පාදනය - ඇසුරුම් සබැඳිය.
දිගු ස්ඵටිකයක්
දිගු ස්ඵටික සම්බන්ධකය අතරතුර, තනි ස්ඵටික සිලිකන් භාවිතා කරන ටිරා ක්‍රමය සකස් කිරීමට වෙනස්ව, සිලිකන් කාබයිඩ් ප්‍රධාන වශයෙන් භෞතික වායු ප්‍රවාහන ක්‍රමය (PVT, වැඩිදියුණු කළ Lly හෝ බීජ ස්ඵටික උත්පාදන ක්‍රමය ලෙසද හැඳින්වේ), ඉහළ උෂ්ණත්ව රසායනික වායු තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රමය (HTCVD) අතිරේක භාවිතා කරයි.
☆ මූලික පියවර
1. කාබොනික් ඝන අමුද්‍රව්‍ය;
2. රත් කිරීමෙන් පසු, කාබයිඩ් ඝනය වායුව බවට පත්වේ;
3. බීජ ස්ඵටිකයේ මතුපිටට වායුව ගමන් කිරීම;
4. බීජ ස්ඵටිකයේ මතුපිට වායුව වර්ධනය වී ස්ඵටිකයක් බවට පත්වේ.
පින්තූර මූලාශ්රය: “PVT වර්ධන සිලිකන් කාබයිඩ් විසුරුවා හැරීමේ තාක්ෂණික කරුණ”
සිලිකන් පදනමට සාපේක්ෂව විවිධ ශිල්පීය හැකියාවන් ප්‍රධාන අවාසි දෙකක් ඇති කර ඇත:
පළමුව, නිෂ්පාදනය දුෂ්කර වන අතර අස්වැන්න අඩුය.කාබන් පාදක වායු අවධියේ උෂ්ණත්වය 2300 ° C ට වඩා වැඩි වන අතර පීඩනය 350MPa වේ. මුළු අඳුරු පෙට්ටියම සිදු කරනු ලබන අතර, එය අපද්‍රව්‍ය වලට මිශ්‍ර කිරීම පහසුය. අස්වැන්න සිලිකන් පාදයට වඩා අඩුය. විෂ්කම්භය විශාල වන තරමට අස්වැන්න අඩු වේ.
දෙවැන්න මන්දගාමී වර්ධනයයි.PVT ක්‍රමයේ පාලනය ඉතා මන්දගාමී වන අතර, වේගය පැයට 0.3-0.5mm පමණ වන අතර, එය දින 7 කින් 2cm දක්වා වර්ධනය විය හැක. උපරිමය වර්ධනය විය හැක්කේ 3-5cm පමණක් වන අතර, ස්ඵටික ඉන්ගෝට් වල විෂ්කම්භය බොහෝ දුරට අඟල් 4 සහ අඟල් 6 කි.
සිලිකන් මත පදනම් වූ 72H උස මීටර් 2-3 දක්වා වර්ධනය විය හැකි අතර, විෂ්කම්භය බොහෝ දුරට අඟල් 6 ක් වන අතර අඟල් 12 ක් සඳහා අඟල් 8 ක නව නිෂ්පාදන ධාරිතාවක් ඇත.එමනිසා, සිලිකන් කාබයිඩ් බොහෝ විට ස්ඵටික ඉන්ගෝට් ලෙස හඳුන්වන අතර සිලිකන් ස්ඵටික දණ්ඩක් බවට පත්වේ.
කාබයිඩ් සිලිකන් ස්ඵටික කුට්ටි
උපස්ථරය
දිගු ස්ඵටික සම්පූර්ණ වූ පසු, එය උපස්ථරයේ නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියට ඇතුල් වේ.
ඉලක්කගත කැපීම, ඇඹරීම (රළු ඇඹරීම, සිහින් ඇඹරීම), ඔප දැමීම (යාන්ත්‍රික ඔප දැමීම), අතිශය නිරවද්‍ය ඔප දැමීම (රසායනික යාන්ත්‍රික ඔප දැමීම) කිරීමෙන් පසු සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරය ලබා ගනී.
උපස්ථරය ප්‍රධාන වශයෙන් ක්‍රියා කරයිභෞතික ආධාරකයේ කාර්යභාරය, තාප සන්නායකතාවය සහ සන්නායකතාවය.සැකසීමේ දුෂ්කරතාවය නම් සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍ය ඉහළ, හැපෙනසුළු සහ රසායනික ගුණ වලින් ස්ථායී වීමයි. එබැවින්, සාම්ප්‍රදායික සිලිකන් මත පදනම් වූ සැකසුම් ක්‍රම සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරය සඳහා සුදුසු නොවේ.
කැපුම් ආචරණයේ ගුණාත්මකභාවය සිලිකන් කාබයිඩ් නිෂ්පාදනවල කාර්ය සාධනය සහ උපයෝගිතා කාර්යක්ෂමතාවයට (පිරිවැය) සෘජුවම බලපායි, එබැවින් එය කුඩා, ඒකාකාර ඝණකම සහ අඩු කැපීම අවශ්‍ය වේ.
වාර්තමානයේ දී,අඟල් 4 සහ අඟල් 6 ප්‍රධාන වශයෙන් බහු රේඛා කැපුම් උපකරණ භාවිතා කරයි,සිලිකන් ස්ඵටික 1mm ට නොඅඩු ඝණකමකින් යුත් තුනී පෙති වලට කැපීම.
බහු රේඛා කැපුම් ක්‍රමානුරූප සටහන
අනාගතයේදී, කාබනීකෘත සිලිකන් වේෆර්වල ප්‍රමාණය වැඩිවීමත් සමඟ, ද්‍රව්‍ය උපයෝගිතා අවශ්‍යතා වැඩිවීම වැඩි වන අතර, ලේසර් පෙති කැපීම සහ සීතල වෙන් කිරීම වැනි තාක්ෂණයන් ද ක්‍රමයෙන් යෙදෙනු ඇත.
2018 දී, Infineon සමාගම Siltectra GmbH අත්පත් කර ගත් අතර එය සීතල ක්‍රැකින් ලෙස හැඳින්වෙන නව්‍ය ක්‍රියාවලියක් වර්ධනය කළේය.
සාම්ප්‍රදායික බහු-වයර් කැපුම් ක්‍රියාවලියේ 1/4 ක පාඩුව හා සසඳන විට,සීතල ඉරිතැලීම් ක්‍රියාවලියේදී සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍යයෙන් 1/8 ක් පමණක් අහිමි විය.
දිගුව
සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍යයට උපස්ථරය මත සෘජුවම බල උපාංග සෑදිය නොහැකි බැවින්, දිගු ස්ථරය මත විවිධ උපාංග අවශ්‍ය වේ.
එමනිසා, උපස්ථරයේ නිෂ්පාදනය අවසන් වූ පසු, දිගු කිරීමේ ක්‍රියාවලිය හරහා උපස්ථරය මත නිශ්චිත තනි ස්ඵටික තුනී පටලයක් වගා කෙරේ.
වර්තමානයේ, රසායනික වායු තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රමය (CVD) ක්‍රියාවලිය ප්‍රධාන වශයෙන් භාවිතා වේ.
නිර්මාණ
උපස්ථරය සෑදූ පසු, එය නිෂ්පාදන සැලසුම් අවධියට පිවිසේ.
MOSFET සඳහා, සැලසුම් ක්‍රියාවලියේ අවධානය යොමු වන්නේ වලේ සැලසුමයි,එක් අතකින් පේටන්ට් බලපත්‍ර උල්ලංඝනය වැළැක්වීම සඳහා(Infineon, Rohm, ST, ආදියට පේටන්ට් බලපත්‍ර පිරිසැලසුමක් ඇත), සහ අනෙක් අතටනිෂ්පාදන හැකියාව සහ නිෂ්පාදන පිරිවැය සපුරාලීම.
වේෆර් නිෂ්පාදනය
නිෂ්පාදන සැලසුම අවසන් වූ පසු, එය වේෆර් නිෂ්පාදන අදියරට පිවිසෙයි,සහ මෙම ක්‍රියාවලිය සිලිකන් ක්‍රියාවලියට ආසන්න වශයෙන් සමාන වන අතර, එහි ප්‍රධාන වශයෙන් පහත පියවර 5 ඇත.
☆පියවර 1: වෙස් මුහුණ එන්නත් කරන්න
සිලිකන් ඔක්සයිඩ් (SiO2) පටල තට්ටුවක් සාදනු ලැබේ, ප්‍රභා ප්‍රතිරෝධකය ආලේප කර ඇත, සමජාතීයකරණය, නිරාවරණය, සංවර්ධනය යනාදී පියවර හරහා ප්‍රභා ප්‍රතිරෝධක රටාව සාදනු ලැබේ, සහ කැටයම් ක්‍රියාවලිය හරහා රූපය ඔක්සයිඩ් පටලයට මාරු කරනු ලැබේ.
☆පියවර 2: අයන බද්ධ කිරීම
ආවරණය කරන ලද සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆරය අයන බද්ධ කරන්නෙකු තුළ තබා ඇති අතර, එහිදී ඇලුමිනියම් අයන P-වර්ගයේ මාත්‍රණ කලාපයක් සෑදීමට එන්නත් කර, බද්ධ කරන ලද ඇලුමිනියම් අයන සක්‍රීය කිරීම සඳහා ඇනීල් කරනු ලැබේ.
ඔක්සයිඩ් පටලය ඉවත් කරනු ලැබේ, කාණු සහ ප්‍රභවයේ N-වර්ගයේ සන්නායක කලාපයක් සෑදීම සඳහා P-වර්ගයේ මාත්‍රණ කලාපයේ නිශ්චිත කලාපයකට නයිට්‍රජන් අයන එන්නත් කරනු ලැබේ, සහ ඒවා සක්‍රිය කිරීම සඳහා බද්ධ කරන ලද නයිට්‍රජන් අයන ඇනීල් කරනු ලැබේ.
☆පියවර 3: ජාලකය සාදන්න
ජාලකය සාදන්න. ප්‍රභවය සහ කාණුව අතර ප්‍රදේශයේ, ගේට් ඔක්සයිඩ් ස්ථරය ඉහළ උෂ්ණත්ව ඔක්සිකරණ ක්‍රියාවලියක් මගින් සකස් කර, ගේට් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ස්ථරය තැන්පත් කර ගේට් පාලන ව්‍යුහය සාදයි.
☆පියවර 4: නිෂ්ක්‍රීය ස්ථර සෑදීම
නිෂ්ක්‍රීය ස්ථරයක් සාදනු ලැබේ. අන්තර් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ බිඳවැටීම වැළැක්වීම සඳහා හොඳ පරිවාරක ලක්ෂණ සහිත නිෂ්ක්‍රීය ස්ථරයක් තැන්පත් කරන්න.
☆පියවර 5: කාණු-මූලාශ්‍ර ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සාදන්න
කාණුවක් සහ මූලාශ්‍රයක් සාදන්න. නිෂ්ක්‍රීය ස්ථරය සිදුරු කර ලෝහ ඉසිනු ලැබ කාණුවක් සහ මූලාශ්‍රයක් සාදයි.
ඡායාරූප මූලාශ්රය: Xinxi Capital
සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍යවල ලක්ෂණ නිසා ක්‍රියාවලි මට්ටම සහ සිලිකන් පාදක අතර සුළු වෙනසක් තිබුණද,අයන බද්ධ කිරීම සහ ඇනීලිං කිරීම ඉහළ උෂ්ණත්ව පරිසරයක සිදු කළ යුතුය.(1600°C දක්වා), අධික උෂ්ණත්වය ද්‍රව්‍යයේ දැලිස් ව්‍යුහයටම බලපාන අතර, එම දුෂ්කරතාවය අස්වැන්නට ද බලපානු ඇත.
ඊට අමතරව, MOSFET සංරචක සඳහා,ගේට්ටු ඔක්සිජන් වල ගුණාත්මකභාවය නාලිකා සංචලතාවයට සහ ගේට්ටු විශ්වසනීයත්වයට සෘජුවම බලපායි., සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍යයේ සිලිකන් සහ කාබන් පරමාණු වර්ග දෙකක් ඇති බැවිනි.
එබැවින්, විශේෂ ද්වාර මාධ්‍ය වර්ධන ක්‍රමයක් අවශ්‍ය වේ (තවත් කරුණක් නම් සිලිකන් කාබයිඩ් පත්‍රය විනිවිද පෙනෙන අතර, ෆොටෝලිතෝග්‍රැෆි අවධියේදී ස්ථාන පෙළගැස්ම සිලිකන් කිරීමට අපහසු වීමයි).
වේෆර් නිෂ්පාදනය අවසන් වූ පසු, තනි චිපය හිස් චිපයකට කපා අරමුණ අනුව ඇසුරුම් කළ හැකිය. විවික්ත උපාංග සඳහා පොදු ක්‍රියාවලිය වන්නේ TO පැකේජයයි.
TO-247 පැකේජයේ 650V CoolSiC™ MOSFETs
ඡායාරූපය: ඉන්ෆිනියන්
මෝටර් රථ ක්ෂේත්‍රයට ඉහළ බලයක් සහ තාපය විසුරුවා හැරීමේ අවශ්‍යතා ඇති අතර, සමහර විට පාලම් පරිපථ (අර්ධ පාලම හෝ සම්පූර්ණ පාලම, හෝ සෘජුවම ඩයෝඩ සමඟ ඇසුරුම් කර ඇත) සෘජුවම තැනීම අවශ්‍ය වේ.
එමනිසා, එය බොහෝ විට මොඩියුල හෝ පද්ධති වලට කෙලින්ම ඇසුරුම් කරනු ලැබේ. තනි මොඩියුලයක ඇසුරුම් කර ඇති චිප් ගණන අනුව, පොදු ස්වරූපය 1 in 1 (BorgWarner), 6 in 1 (Infineon) යනාදිය වන අතර සමහර සමාගම් තනි නල සමාන්තර යෝජනා ක්‍රමයක් භාවිතා කරයි.
බොර්ග්වානර් වයිපර්
ද්විත්ව ඒක පාර්ශවීය ජල සිසිලනය සහ SiC-MOSFET සඳහා සහය දක්වයි
Infineon CoolSiC™ MOSFET මොඩියුල
සිලිකන් මෙන් නොව,සිලිකන් කාබයිඩ් මොඩියුල 200 ° C පමණ ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී ක්‍රියාත්මක වේ.
සාම්ප්‍රදායික මෘදු පෑස්සුම් උෂ්ණත්වය ද්‍රවාංක උෂ්ණත්වය අඩු බැවින් උෂ්ණත්ව අවශ්‍යතා සපුරාලිය නොහැක. එබැවින්, සිලිකන් කාබයිඩ් මොඩියුල බොහෝ විට අඩු උෂ්ණත්ව රිදී සින්ටර් වෙල්ඩින් ක්‍රියාවලියක් භාවිතා කරයි.
මොඩියුලය සම්පූර්ණ වූ පසු, එය කොටස් පද්ධතියට යෙදිය හැකිය.
ටෙස්ලා මොඩල් 3 මෝටර් පාලකය
හිස් චිපය ST, ස්වයං-සංවර්ධිත පැකේජය සහ විදුලි ධාවක පද්ධතියෙන් පැමිණේ.
☆02 SiC හි අයදුම්පත් තත්ත්වය?
මෝටර් රථ ක්ෂේත්‍රයේ, බල උපාංග ප්‍රධාන වශයෙන් භාවිතා වන්නේDCDC, OBC, මෝටර් ඉන්වර්ටර්, විදුලි වායු සමීකරණ ඉන්වර්ටර්, රැහැන් රහිත ආරෝපණ සහ අනෙකුත් කොටස්ඒ සඳහා AC/DC වේගවත් පරිවර්තනයක් අවශ්‍ය වේ (DCDC ප්‍රධාන වශයෙන් වේගවත් ස්විචයක් ලෙස ක්‍රියා කරයි).
ඡායාරූපය: බෝර්ග්වර්නර්
සිලිකන් පාදක ද්‍රව්‍ය හා සසඳන විට, SIC ද්‍රව්‍ය ඉහළ අගයක් ගනීතීරණාත්මක හිම කුණාටු බිඳවැටීමේ ක්ෂේත්‍ර ශක්තිය(3×106V/සෙ.මී.),වඩා හොඳ තාප සන්නායකතාවය(49W/mK) සහපුළුල් කලාප පරතරය(3.26eV).
කලාප පරතරය පුළුල් වන තරමට කාන්දු වන ධාරාව කුඩා වන අතර කාර්යක්ෂමතාව වැඩි වේ. තාප සන්නායකතාවය වඩා හොඳ වන තරමට ධාරා ඝනත්වය වැඩි වේ. තීරණාත්මක හිම කුණාටු බිඳවැටීමේ ක්ෂේත්‍රය ශක්තිමත් වන තරමට උපාංගයේ වෝල්ටීයතා ප්‍රතිරෝධය වැඩි දියුණු කළ හැකිය.
එබැවින්, පුවරුවේ අධි වෝල්ටීයතා ක්ෂේත්‍රයේදී, පවතින සිලිකන්-පාදක IGBT සහ FRD සංයෝජනය ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීම සඳහා සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍ය මගින් සකස් කරන ලද MOSFET සහ SBD මඟින් බලය සහ කාර්යක්ෂමතාව ඵලදායී ලෙස වැඩිදියුණු කළ හැකිය,විශේෂයෙන් ඉහළ සංඛ්‍යාත යෙදුම් අවස්ථා වලදී මාරුවීමේ පාඩු අඩු කිරීමට.
වර්තමානයේ, එය මෝටර් ඉන්වර්ටර් වල මහා පරිමාණ යෙදීම් සාක්ෂාත් කර ගැනීමට බොහෝ දුරට ඉඩ ඇති අතර, පසුව OBC සහ DCDC වේ.
800V වෝල්ටීයතා වේදිකාව
800V වෝල්ටීයතා වේදිකාව තුළ, ඉහළ සංඛ්‍යාතයේ වාසිය ව්‍යවසායන් SiC-MOSFET විසඳුම තෝරා ගැනීමට වැඩි නැඹුරුවක් දක්වයි. එබැවින්, දැනට පවතින 800V ඉලෙක්ට්‍රොනික පාලන සැලසුම්කරණය SiC-MOSFET බොහොමයක් ඇත.
වේදිකා මට්ටමේ සැලසුම්කරණයට ඇතුළත් වන්නේනවීන E-GMP, GM Otenergy - පිකප් ක්ෂේත්‍රය, Porsche PPE, සහ Tesla EPA.SiC-MOSFET (පළමු මාදිලිය සිලිකා මත පදනම් වූ IGBT) පැහැදිලිවම රැගෙන නොයන Porsche PPE වේදිකා මාදිලි හැර, අනෙකුත් වාහන වේදිකා SiC-MOSFET යෝජනා ක්‍රම භාවිතා කරයි.
විශ්වීය අල්ට්‍රා ශක්ති වේදිකාව
800V මාදිලි සැලසුම් කිරීම වැඩිය,මහා බිත්ති සැලෝන් සන්නාමය වන ජියාගිරොන්ග්, බෙයිකි පොල්ල ෆොක්ස් එස් HI අනුවාදය, කදිම මෝටර් රථ S01 සහ W01, ෂියාඕපෙන්ග් G9, BMW NK1, Changan Avita E11 සමාගම 800V වේදිකාවක් රැගෙන යන බව පැවසූ අතර, BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen සමාගම පර්යේෂණවල 800V තාක්ෂණය ද ප්‍රකාශ කළේය.
Tier1 සැපයුම්කරුවන් විසින් ලබාගත් 800V ඇණවුම් සම්බන්ධයෙන්,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, සහ Huichuanසියලුම නිවේදනය කරන ලද 800V විදුලි ධාවක ඇණවුම්.
400V වෝල්ටීයතා වේදිකාව
400V වෝල්ටීයතා වේදිකාවේදී, SiC-MOSFET ප්‍රධාන වශයෙන් සලකා බලනු ලබන්නේ ඉහළ බලය සහ බල ඝනත්වය සහ ඉහළ කාර්යක්ෂමතාවයි.
උදාහරණයක් ලෙස, දැන් මහා පරිමාණයෙන් නිෂ්පාදනය කර ඇති ටෙස්ලා මොඩල් 3\Y මෝටරය, BYD හන්හෝ මෝටරයේ උපරිම බලය 200Kw පමණ වේ (ටෙස්ලා 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO ET7 සිට ආරම්භ වන SiC-MOSFET නිෂ්පාදන සහ පසුව ලැයිස්තුගත කරනු ලබන ET5 ද භාවිතා කරනු ඇත. උපරිම බලය 240Kw (ET5 210Kw).
ඊට අමතරව, ඉහළ කාර්යක්ෂමතාවයේ දෘෂ්ටිකෝණයෙන්, සමහර ව්‍යවසායන් සහායක ගංවතුර SiC-MOSFET නිෂ්පාදනවල ශක්‍යතාව ද ගවේෂණය කරයි.
පළ කිරීමේ කාලය: ජූලි-08-2023
