සිලිකන් මත පදනම් වූ බලශක්ති අර්ධ සන්නායක සමඟ සසඳන විට, SiC (සිලිකන් කාබයිඩ්) බල අර්ධ සන්නායකවල සංඛ්‍යාතය මාරු කිරීමේදී සැලකිය යුතු වාසි ඇත, පාඩුව, තාපය විසුරුවා හැරීම, කුඩා කිරීම යනාදිය.
ටෙස්ලා විසින් සිලිකන් කාබයිඩ් ඉන්වර්ටර් මහා පරිමාණයෙන් නිෂ්පාදනය කිරීමත් සමඟ තවත් සමාගම් සිලිකන් කාබයිඩ් නිෂ්පාදන ගොඩබෑම ආරම්භ කර ඇත.
SiC ඉතා "විස්මිතයි", එය පෘථිවියේ සෑදුවේ කෙසේද?දැන් අයදුම්පත් මොනවාද?අපි බලමු!
01 ☆ SiC ගේ උපත
අනෙකුත් බල අර්ධ සන්නායක මෙන්, SiC-MOSFET කර්මාන්ත දාමය ඇතුළත් වේදිගු ස්ඵටික - උපස්ථරය - epitaxy - නිර්මාණය - නිෂ්පාදනය - ඇසුරුම් සබැඳිය.
දිගු ස්ඵටික
දිගු ස්ඵටික සබැඳිය අතරතුර, තනි ස්ඵටික සිලිකන් විසින් භාවිතා කරන ටිරා ක්රමය සකස් කිරීම මෙන් නොව, සිලිකන් කාබයිඩ් ප්රධාන වශයෙන් භෞතික වායු ප්‍රවාහන ක්රමය (PVT, වැඩිදියුණු කළ Lly හෝ බීජ ස්ඵටික sublimation ක්රමය ලෙසද හැඳින්වේ), ඉහළ උෂ්ණත්ව රසායනික වායු තැන්පත් කිරීමේ ක්රමය ( HTCVD) භාවිතා කරයි. ) අතිරේක.
☆ මූලික පියවර
1. කාබොනික් ඝන අමු ද්රව්ය;
2. රත් කිරීමෙන් පසු කාබයිඩ් ඝන වායුව බවට පත් වේ;
3. බීජ ස්ඵටිකයේ මතුපිටට වායු චලනය;
4. බීජ ස්ඵටිකයේ මතුපිට වායුව ස්ඵටිකයක් බවට වර්ධනය වේ.
පින්තූර මූලාශ්රය: "PVT වර්ධන සිලිකන් කාබයිඩ් විසුරුවා හැරීමට තාක්ෂණික ලක්ෂ්යය"
සිලිකන් පදනමට සාපේක්ෂව විවිධ ශිල්ප ක්රම ප්රධාන අවාසි දෙකක් ඇති කර ඇත:
පළමුව, නිෂ්පාදනය දුෂ්කර වන අතර අස්වැන්න අඩු වේ.කාබන් මත පදනම් වූ වායු අවධියේ උෂ්ණත්වය 2300 ° C ට වඩා වැඩි වන අතර පීඩනය 350MPa වේ.මුළු අඳුරු පෙට්ටියම සිදු කරනු ලබන අතර, එය අපිරිසිදුකමට මිශ්ර කිරීම පහසුය.අස්වැන්න සිලිකන් පදනමට වඩා අඩුය.විෂ්කම්භය විශාල වන තරමට අස්වැන්න අඩු වේ.
දෙවැන්න මන්දගාමී වර්ධනයයි.PVT ක්‍රමයේ පාලනය ඉතා මන්දගාමී වේ, වේගය 0.3-0.5mm/h පමණ වන අතර එය දින 7 කින් 2cm දක්වා වර්ධනය විය හැක.උපරිමය වර්ධනය විය හැක්කේ 3-5cm පමණක් වන අතර, ස්ඵටික ඉන්ගෝට්හි විෂ්කම්භය බොහෝ දුරට අඟල් 4 සහ අඟල් 6 කි.
සිලිකන් මත පදනම් වූ 72H 2-3m දක්වා උසකට වර්ධනය විය හැක, විෂ්කම්භය බොහෝ දුරට අඟල් 6 සහ අඟල් 8 නව නිෂ්පාදන ධාරිතාව අඟල් 12 සඳහා.එමනිසා, සිලිකන් කාබයිඩ් බොහෝ විට ස්ඵටික ඉන්ගෝට් ලෙස හැඳින්වේ, සහ සිලිකන් ස්ඵටික සැරයටියක් බවට පත්වේ.
කාබයිඩ් සිලිකන් ස්ඵටික කුට්ටි
උපස්ථරය
දිගු ස්ඵටික සම්පූර්ණ කිරීමෙන් පසුව, 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), සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරය ලබා ගනී.
උපස්ථරය ප්රධාන වශයෙන් ඉටු කරයිභෞතික ආධාරක භූමිකාව, තාප සන්නායකතාවය සහ සන්නායකතාවය.සැකසීමේ දුෂ්කරතාවය නම් සිලිකන් කාබයිඩ් ද්රව්ය ඉහළ, හැපෙනසුළු සහ රසායනික ගුණාංගවල ස්ථායී වීමයි.එබැවින්, සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරය සඳහා සාම්ප්රදායික සිලිකන් මත පදනම් වූ සැකසුම් ක්රම සුදුසු නොවේ.
කැපුම් ආචරණයේ ගුණාත්මක භාවය සිලිකන් කාබයිඩ් නිෂ්පාදනවල කාර්ය සාධනය සහ භාවිතයේ කාර්යක්ෂමතාවයට (පිරිවැය) සෘජුවම බලපායි, එබැවින් එය කුඩා, ඒකාකාර ඝනකම සහ අඩු කැපීම අවශ්ය වේ.
වාර්තමානයේ දී,4-අඟල් සහ 6-අඟල් ප්රධාන වශයෙන් බහු රේඛා කැපුම් උපකරණ භාවිතා කරයි,මිලිමීටර 1 ට නොඅඩු ඝනකමකින් යුත් සිහින් පෙති වලට සිලිකන් ස්ඵටික කැපීම.
බහු රේඛා කැපුම් ක්‍රමානුරූප රූප සටහන
අනාගතයේ දී, කාබන්ඩයොක්සයිඩ් සිලිකන් වේෆර්වල ප්රමාණය වැඩිවීමත් සමග, ද්රව්යමය උපයෝගිතා අවශ්යතාවයන් වැඩි වන අතර, ලේසර් පෙති කැපීම සහ සීතල වෙන් කිරීම වැනි තාක්ෂණයන් ද ක්රමයෙන් අදාළ වනු ඇත.
2018 දී, Infineon විසින් Siltectra GmbH අත්පත් කර ගත් අතර, එය Cold cracking ලෙස හඳුන්වන නව්‍ය ක්‍රියාවලියක් වර්ධනය කරන ලදී.
සාම්ප්රදායික බහු වයර් කැපීමේ ක්රියාවලිය 1/4 ක පාඩුව හා සසඳන විට,සීතල ඉරිතැලීමේ ක්රියාවලිය සිලිකන් කාබයිඩ් ද්රව්යයෙන් 1/8 ක් පමණක් අහිමි විය.
දිගු කිරීම
සිලිකන් කාබයිඩ් ද්රව්ය උපස්ථරය මත සෘජුවම බල උපාංග සෑදිය නොහැකි බැවින්, විස්තීරණ ස්ථරය මත විවිධ උපාංග අවශ්ය වේ.
එබැවින්, උපස්ථරය නිෂ්පාදනය අවසන් වූ පසු, දිගු කිරීමේ ක්රියාවලිය හරහා උපස්ථරය මත නිශ්චිත තනි ස්ඵටික තුනී පටලයක් වර්ධනය වේ.
වර්තමානයේ, රසායනික වායු තැන්පත් කිරීමේ ක්රමය (CVD) ක්රියාවලිය ප්රධාන වශයෙන් භාවිතා වේ.
නිර්මාණ
උපස්ථරය සෑදූ පසු, එය නිෂ්පාදන සැලසුම් අවධියට ඇතුල් වේ.
MOSFET සඳහා, සැලසුම් ක්‍රියාවලියේ අවධානය යොමු වන්නේ වලේ සැලසුමයි,එක් අතකින් පේටන්ට් බලපත්‍ර උල්ලංඝනය වැළැක්වීම සඳහා(Infineon, Rohm, ST, ආදිය, පේටන්ට් පිරිසැලසුම ඇත), සහ අනෙක් අතටනිෂ්පාදන හැකියාව සහ නිෂ්පාදන පිරිවැය සපුරාලීම.
වේෆර් නිෂ්පාදනය
නිෂ්පාදන සැලසුම අවසන් වූ පසු, එය වේෆර් නිෂ්පාදන අදියරට ඇතුල් වේ,සහ ක්රියාවලිය දළ වශයෙන් සිලිකන් වලට සමාන වන අතර එහි ප්රධාන වශයෙන් පහත පියවර 5 ඇත.
☆පියවර 1: වෙස්මුහුණ එන්නත් කරන්න
සිලිකන් ඔක්සයිඩ් (SiO2) පටල තට්ටුවක් සාදනු ලැබේ, ෆොටෝරෙස්ට් ආලේප කර, සමජාතීයකරණය, නිරාවරණය, සංවර්ධනය යනාදී පියවරයන් හරහා ඡායාරූප ප්රතිරෝධක රටාව සෑදී ඇත, සහ කැටයම් ක්රියාවලිය හරහා රූපය ඔක්සයිඩ් චිත්රපටයට මාරු කරනු ලැබේ.
☆පියවර 2: අයන තැන්පත් කිරීම
වෙස්මුහුණු සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆරය අයන තැන්පත් කරන යන්ත්‍රයක තැන්පත් කර ඇති අතර එහිදී P-වර්ගයේ මාත්‍රණ කලාපයක් සෑදීමට ඇලුමිනියම් අයන එන්නත් කරනු ලබන අතර බද්ධ කරන ලද ඇලුමිනියම් අයන සක්‍රීය කිරීම සඳහා ඇනීල් කරනු ලැබේ.
ඔක්සයිඩ් පටල ඉවත් කර, නයිට්‍රජන් අයන P-වර්ගයේ මාත්‍රණ කලාපයේ නිශ්චිත ප්‍රදේශයකට එන්නත් කර කාණු සහ ප්‍රභවයේ N-වර්ගයේ සන්නායක කලාපයක් සාදනු ලබන අතර ඒවා සක්‍රිය කිරීම සඳහා බද්ධ කරන ලද නයිට්‍රජන් අයන ඇනීල් කරනු ලැබේ.
☆පියවර 3: ජාලකය සාදන්න
ජාලකය සාදන්න.ප්‍රභවය සහ කාණු අතර ප්‍රදේශයේ, ගේට් ඔක්සයිඩ් ස්ථරය ඉහළ උෂ්ණත්ව ඔක්සිකරණ ක්‍රියාවලියක් මගින් සකස් කර ඇති අතර, ද්වාර පාලන ව්‍යුහය සෑදීම සඳහා ද්වාර ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ස්ථරය තැන්පත් වේ.
☆පියවර 4: passivation layers සෑදීම
Passivation ස්ථරය සාදා ඇත.අන්තර් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ බිඳවැටීම වැළැක්වීම සඳහා හොඳ පරිවාරක ලක්ෂණ සහිත passivation ස්ථරයක් තැන්පත් කරන්න.
☆පියවර 5: කාණු මූලාශ්‍ර ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සාදන්න
කාණු සහ මූලාශ්රය සාදන්න.නිෂ්ක්‍රීය ස්තරය සිදුරු කර ඇති අතර කාණු සහ ප්‍රභවයක් සෑදීමට ලෝහ ඉසිනු ලැබේ.
ඡායාරූප මූලාශ්රය: Xinxi Capital
සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍යවල ලක්ෂණ නිසා ක්‍රියාවලි මට්ටම සහ සිලිකන් පදනම් අතර සුළු වෙනසක් තිබුණද,අයන තැන්පත් කිරීම සහ නිර්වින්දනය ඉහළ උෂ්ණත්ව පරිසරයක් තුළ සිදු කළ යුතුය(1600 ° C දක්වා), ඉහළ උෂ්ණත්වය ද්රව්යයේ දැලිස් ව්යුහයට බලපාන අතර දුෂ්කරතාවය අස්වැන්න කෙරෙහි ද බලපානු ඇත.
මීට අමතරව, MOSFET සංරචක සඳහා,ගේට්ටු ඔක්සිජන් වල ගුණාත්මක භාවය නාලිකා සංචලනය සහ ගේට්ටු විශ්වසනීයත්වය කෙරෙහි සෘජුවම බලපායි, සිලිකන් කාබයිඩ් ද්රව්යයේ සිලිකන් සහ කාබන් පරමාණු වර්ග දෙකක් ඇති බැවිනි.
එබැවින්, විශේෂ ද්වාර මධ්යම වර්ධන ක්රමයක් අවශ්ය වේ (තවත් කරුණක් වන්නේ සිලිකන් කාබයිඩ් පත්රය විනිවිද පෙනෙන අතර, ෆොටෝලිතෝග්රැෆි අදියරේදී ස්ථානගත කිරීම සිලිකන් කිරීමට අපහසු වේ).
වේෆර් නිෂ්පාදනය අවසන් වූ පසු, තනි චිපය හිස් චිපයකට කපා අරමුණ අනුව ඇසුරුම් කළ හැකිය.විවික්ත උපාංග සඳහා පොදු ක්රියාවලිය TO පැකේජයයි.
TO-247 පැකේජයේ 650V CoolSiC™ MOSFET
ඡායාරූපය: ඉන්ෆිනියන්
මෝටර් රථ ක්ෂේත්‍රයට ඉහළ බලයක් සහ තාප විසර්ජන අවශ්යතා ඇති අතර සමහර විට පාලම් පරිපථ (අර්ධ පාලමක් හෝ සම්පූර්ණ පාලමක් හෝ සෘජුවම ඩයෝඩ සමඟ ඇසුරුම් කර ඇත) තැනීමට අවශ්ය වේ.
එමනිසා, එය බොහෝ විට සෘජුවම මොඩියුල හෝ පද්ධති වෙත ඇසුරුම් කර ඇත.තනි මොඩියුලයක ඇසුරුම් කර ඇති චිප් ගණන අනුව, පොදු ආකෘතිය 1 in 1 (BorgWarner), 6 in 1 (Infineon) ආදිය වන අතර සමහර සමාගම් තනි නල සමාන්තර යෝජනා ක්රමයක් භාවිතා කරයි.
Borgwarner Viper
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 ක්රියා කරයි.
සාම්ප්රදායික මෘදු පෑස්සුම් උෂ්ණත්වය ද්රවාංකය උෂ්ණත්වය අඩු, උෂ්ණත්ව අවශ්යතා සපුරාලිය නොහැක.එබැවින් සිලිකන් කාබයිඩ් මොඩියුල බොහෝ විට අඩු උෂ්ණත්ව රිදී සින්ටර් වෙල්ඩින් ක්රියාවලිය භාවිතා කරයි.
මොඩියුලය සම්පූර්ණ කිරීමෙන් පසුව, එය කොටස් පද්ධතියට යෙදිය හැකිය.
Tesla Model3 මෝටර් පාලකය
හිස් චිපය ST, ස්වයං-සංවර්ධිත පැකේජය සහ විදුලි ධාවකය පද්ධතියෙන් පැමිණේ
☆02 SiC හි අයදුම් තත්ත්වය?
මෝටර් රථ ක්ෂේත්රයේ, බලශක්ති උපාංග ප්රධාන වශයෙන් භාවිතා වේDCDC, 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: BorgWarner
සිලිකන් මත පදනම් වූ ද්රව්ය හා සසඳන විට, SIC ද්රව්ය ඉහළ අගයක් ගනීතීරණාත්මක හිම කුණාටු බිඳවැටීමේ ක්ෂේත්‍ර ශක්තිය(3×106V/cm),වඩා හොඳ තාප සන්නායකතාව(49W/mK) සහපුළුල් කලාප පරතරය(3.26eV).
කලාප පරතරය පුළුල් වන තරමට කාන්දු වන ධාරාව කුඩා වන අතර කාර්යක්ෂමතාව වැඩි වේ.වඩා හොඳ තාප සන්නායකතාවය, වත්මන් ඝනත්වය වැඩි වේ.තීරනාත්මක හිම කුණාටු බිඳවැටීමේ ක්ෂේත්‍රය ශක්තිමත් වන තරමට උපාංගයේ වෝල්ටීයතා ප්‍රතිරෝධය වැඩි දියුණු කළ හැකිය.
එබැවින්, පවතින සිලිකන් මත පදනම් වූ IGBT සහ FRD සංයෝගය ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීම සඳහා සිලිකන් කාබයිඩ් ද්රව්ය මගින් සකස් කරන ලද MOSFETs සහ SBD අධි වෝල්ටීයතා ක්ෂේත්රයේ බලය සහ කාර්යක්ෂමතාව ඵලදායී ලෙස වැඩිදියුණු කළ හැක.විශේෂයෙන් ඉහළ සංඛ්‍යාත යෙදුම් අවස්ථා වලදී මාරුවීම් පාඩු අවම කිරීම සඳහා.
වර්තමානයේදී, මෝටර් ඉන්වර්ටර් වල මහා පරිමාණ යෙදුම් සාක්ෂාත් කර ගැනීමට බොහෝ දුරට ඉඩ ඇත, පසුව OBC සහ DCDC.
800V වෝල්ටීයතා වේදිකාව
800V වෝල්ටීයතා වේදිකාවේදී, ඉහළ සංඛ්‍යාතයේ වාසිය ව්යවසායන් SiC-MOSFET විසඳුම තෝරා ගැනීමට වැඩි නැඹුරුවක් ඇති කරයි.එබැවින්, දැනට පවතින 800V ඉලෙක්ට්‍රොනික පාලන සැලසුම් බොහෝමයක් SiC-MOSFET.
වේදිකා මට්ටමේ සැලසුම් ඇතුළත් වේනවීන E-GMP, GM Otenergy - pickup field, Porsche PPE, සහ Tesla EPA.පැහැදිලිවම SiC-MOSFET රැගෙන නොයන Porsche PPE වේදිකා මාදිලි හැර (පළමු මාදිලිය සිලිකා මත පදනම් වූ IGBT), අනෙකුත් වාහන වේදිකා SiC-MOSFET යෝජනා ක්රම අනුගමනය කරයි.
Universal Ultra බලශක්ති වේදිකාව
800V මාදිලි සැලසුම් කිරීම වැඩි,Great Wall Salon සන්නාමය Jiagirong, Beiqi pole Fox S HI අනුවාදය, කදිම මෝටර් රථ S01 සහ W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 එය BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen වලට අමතරව 800V වේදිකාවක් රැගෙන යන බව පැවසීය.
Tier1 සැපයුම්කරුවන් විසින් ලබාගත් 800V ඇණවුම් තත්ත්වයෙන්,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, සහ Huichuanසියලුම 800V විදුලි ධාවකය ඇණවුම් නිවේදනය කරන ලදී.
400V වෝල්ටීයතා වේදිකාව
400V වෝල්ටීයතා වේදිකාවේදී, SiC-MOSFET ප්රධාන වශයෙන් අධි බල හා බල ඝණත්වය සහ ඉහළ කාර්යක්ෂමතාව සලකා බලයි.
දැන් මහා පරිමාණයෙන් නිපදවා ඇති Tesla Model 3\Y මෝටරය වැනි, BYD Hanhou මෝටරයේ උපරිම බලය 200Kw පමණ වේ (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO ද SiC-MOSFET නිෂ්පාදන භාවිතා කරනු ඇත. සහ පසුව ලැයිස්තුගත කෙරෙන ET5.උපරිම බලය 240Kw (ET5 210Kw).
මීට අමතරව, ඉහළ කාර්යක්ෂමතාවයේ දෘෂ්ටිකෝණයෙන්, සමහර ව්යවසායන් සහායක ගංවතුර SiC-MOSFET නිෂ්පාදනවල ශක්යතාවන් ද ගවේෂණය කරයි.
පසු කාලය: ජූලි-08-2023