In cunfrontu cù i semiconduttori di putenza basati in siliciu, i semiconduttori di putenza SiC (carburu di silicium) anu vantaghji significativi in a frequenza di commutazione, perdita, dissipazione di calore, miniaturizazione, etc.
Cù a pruduzzioni à grande scala di inverter di carburu di siliciu da Tesla, più cumpagnie anu ancu cuminciatu à sbarcà i prudutti di carburu di siliciu.
SiC hè cusì "amazing", cumu hè stata fatta? Chì sò l'applicazioni avà? Videmu !
01 ☆ Nascita di un SiC
Cum'è altri semiconduttori di putenza, a catena industriale SiC-MOSFET includeu cristallu longu - sustrato - epitassi - disignu - fabricazione - imballaggio ligame.
Cristalli longu
Duranti u ligame di cristallu longu, à u cuntrariu di a preparazione di u metudu Tira utilizatu da u siliciu di cristallu unicu, u carburu di siliciu adopta principalmente u metudu di trasportu fisicu di gasu (PVT, cunnisciutu ancu u metudu Lly perfeccionatu o di sublimazione di cristalli di sumente), u metudu di depositu di gas chimicu à alta temperatura (HTCVD). ) supplementi.
☆ Passu core
1. Materia prima solida carbonica;
2. Dopu à riscaldamentu, u solidu di carburu diventa gasu;
3. Gas move à a superficia di u cristallu di sumente;
4. Gas cresce nantu à a superficia di u cristallu di sumente in un cristallu.
Fonte di l'imaghjini: "Punti tecnicu per disassemble u carburu di siliciu di crescita PVT"
Diversi artighjanali hà causatu dui svantaghji maiò cumparatu cù a basa di silicone:
Prima, a produzzione hè difficiule è u rendiment hè bassu.A temperatura di a fase di gasu di carbonu cresce sopra à 2300 ° C è a pressione hè 350MPa. A scatula scura sana hè realizata, è hè faciule mischjà in impurità. U rendiment hè più bassu di a basa di silicone. U più grande u diametru, u più bassu u rendiment.
U sicondu hè a crescita lenta.U Governanza di u metudu PVT hè assai lento, a vitezza hè di circa 0,3-0,5 mm / h, è pò cresce 2cm in 7 ghjorni. U massimu pò cresce solu 3-5 cm, è u diametru di u lingote di cristallu hè soprattuttu 4 inch è 6 inch.
U 72H basatu in Silicon pò cresce à una altezza di 2-3m, cù diametri soprattuttu 6 inch è 8-inch nova capacità di produzzione per 12 inch.Dunque, u carburu di siliciu hè spessu chjamatu lingotti di cristalli, è u siliciu diventa un bastone di cristallo.
Lingotti di cristalli di siliciu di carburu
Sustrattu
Dopu chì u cristallu longu hè cumpletu, entra in u prucessu di produzzione di u sustrato.
Dopu à taglio miratu, grinding (sgrossing grinding, fine grinding), lucidatura (pulitura meccanica), lucidatura ultra-precisione (pulitura meccanica chimica), u sustrato di carburu di siliciu hè ottenutu.
U sustrato ghjoca principarmentiu rolu di u sustegnu fisicu, a conduttività termale è a conduttività.A difficultà di trasfurmazioni hè chì u materiale di carburu di siliciu hè altu, croccante è stabile in proprietà chimiche. Dunque, i metudi tradiziunali di trasfurmazioni basati in siliciu ùn sò micca adattati per u substratu di carburu di silicium.
A qualità di l'effettu di taglio affetta direttamente u rendiment è l'efficienza d'utilizazione (costu) di i prudutti di carburu di siliciu, per quessa, hè necessariu di esse chjucu, spessore uniforme è taglio bassu.
Attualmente,4-inch è 6-inch usa principalmente l'equipaggiu di taglio multi-linea,taglià i cristalli di siliciu in fette sottili cù un spessore di micca più di 1 mm.
Schema schematicu di taglio multi-linea
In u futuru, cù l'aumentu di a dimensione di i wafers di siliciu carbonizatu, l'aumentu di i bisogni di l'utilizazione di materiale aumenterà, è tecnulugii cum'è u laser slicing è a separazione di u fretu seranu ancu gradualmente appiicati.
In 2018, Infineon hà acquistatu Siltectra GmbH, chì hà sviluppatu un prucessu innovativu chjamatu cracking à friddu.
In cunfrontu cù u prucessu tradiziunale di taglio multi-filu di perdita di 1/4,u prucessu di cracking à friddu perde solu 1/8 di u materiale di carburu di silicium.
Estensione
Siccomu u materiale di carburu di siliciu ùn pò micca fà i dispositi di putenza direttamente nantu à u sustrato, diversi dispositi sò necessarii nantu à a capa di estensione.
Dunque, dopu chì a produzzione di u sustrato hè finita, una film fina di cristallu unicu specificu hè cultivata nantu à u sustrato attraversu u prucessu di estensione.
Attualmente, u prucessu di depositu di gasu chimicu (CVD) hè principalmente utilizatu.
Disegnu
Dopu chì u sustrato hè fattu, entra in u stadiu di cuncepimentu di u produttu.
Per MOSFET, u focu di u prucessu di cuncepimentu hè u disignu di u groove,da una parte per evità a violazione di patenti(Infineon, Rohm, ST, etc., anu un layout di patente), è da l'altra banda àrisponde à i costi di fabricabilità è di fabricazione.
Fabricazione di wafer
Dopu chì u disignu di u produttu hè finitu, entra in a fase di fabricazione di wafer,è u prucessu hè apprussimatamente simile à quellu di u siliciu, chì hà principalmente i seguenti 5 passi.
☆ Passu 1: Inject the mask
Una strata di film d'ossidu di siliciu (SiO2) hè fatta, u photoresist hè rivestitu, u mudellu di photoresist hè furmatu attraversu i passi di l'omogeneizazione, l'esposizione, u sviluppu, etc., è a figura hè trasferita à a film d'ossidu per u prucessu di incisione.
☆Step 2: Implantazione di ioni
U wafer di carburu di siliciu mascheratu hè piazzatu in un implantatore di ioni, induve l'ioni d'aluminiu sò injectati per furmà una zona di doping di tipu P, è annealed per attivà l'ioni d'aluminiu implantati.
U filmu di l'ossidu hè eliminatu, i ioni di nitrogenu sò injected in una regione specifica di a regione di doping di tipu P per furmà una regione conduttiva di tipu N di u drenu è a fonte, è i ioni di nitrogenu implantati sò annealed per attivà.
☆Pasu 3: Fate a griglia
Fate a griglia. In l'area trà a surgente è u drainu, a capa d'ossidu di a porta hè preparata da un prucessu d'ossidazione à alta temperatura, è a strata di l'elettrodu di a porta hè dipositata per furmà a struttura di cuntrollu di a porta.
☆ Passu 4: Facendu strati di passivazione
A strata di passivazione hè fatta. Deposite una strata di passivazione cù boni caratteristiche d'insulazione per prevene a rottura interelectrode.
☆ Passu 5: Fate l'elettrodi di fonte di drenu
Fate drenu è fonte. A strata di passivazione hè perforata è u metale hè sputtered per furmà un drenu è una fonte.
Photo Source: Xinxi Capital
Ancu s'ellu ci hè poca differenza trà u nivellu di prucessu è u siliciu basatu, per via di e caratteristiche di i materiali di carburu di siliciu,L'implantazione di ioni è l'annealing deve esse realizatu in un ambiente à alta temperatura(finu à 1600 ° C), a temperatura alta affettarà a struttura di lattice di u materiale stessu, è a difficultà affettarà ancu u rendiment.
Inoltre, per i cumpunenti MOSFET,a qualità di l'ossigenu di a porta influenza direttamente a mobilità di u canali è l'affidabilità di a porta, perchè ci sò dui tipi di siliciu è atomi di carbonu in u materiale di carburu di siliciu.
Per quessa, hè necessariu un metudu di crescita media di a porta speciale (un altru puntu hè chì a foglia di carburu di siliciu hè trasparente, è l'allineamentu di a pusizione in u stadiu di fotolitografia hè difficiule di silicium).
Dopu chì a fabricazione di wafer hè finita, u chip individuale hè tagliatu in un chip nudu è pò esse imballatu secondu u scopu. U prucessu cumuni per i dispositi discreti hè u pacchettu TO.
650V CoolSiC™ MOSFET in pacchettu TO-247
Foto: Infineon
U campu di l'automobile hà esigenze di dissipazione di u putere è di u calore, è qualchì volta hè necessariu di custruisce direttamente circuiti di ponte (mezzu ponte o ponte pienu, o imballatu direttamente cù diodi).
Per quessa, hè spessu imballatu direttamente in moduli o sistemi. Sicondu u numeru di chips imballati in un solu modulu, a forma cumuni hè 1 in 1 (BorgWarner), 6 in 1 (Infineon), etc., è certi cumpagnie utilizanu un schema parallelu di un tubu.
Borgwarner Viper
Supporta u raffreddamentu d'acqua à doppia faccia è SiC-MOSFET
Moduli MOSFET Infineon CoolSiC™
A cuntrariu di u siliciu,I moduli di carbure di siliciu operanu à una temperatura più alta, circa 200 ° C.
Temperature di u puntu di fusione di a temperatura di a saldatura dolce tradiziunale hè bassa, ùn pò micca risponde à i requisiti di temperatura. Per quessa, i moduli di carburu di siliciu spessu usanu u prucessu di saldatura di sinterizzazione d'argentu à bassa temperatura.
Dopu chì u modulu hè cumpletu, pò esse appiicatu à u sistema di parti.
Controller di u mutore Tesla Model3
U chip nudu vene da ST, pacchettu auto-sviluppatu è sistema di trasmissione elettrica
☆02 Statutu di l'applicazione di SiC?
In u campu di l'automobile, i dispositi di putenza sò principarmenti usatiDCDC, OBC, inverter di mutore, inverter di climatizazione elettrica, carica wireless è altre partichì necessitanu una cunversione rapida AC / DC (DCDC agisce principalmente cum'è un cambiamentu veloce).
Foto: BorgWarner
Comparatu cù i materiali basati in silicuu, i materiali SIC anu più altuforza critica di u campu di avalanche(3×106V/cm),megliu conduttività termica(49 W/mK) èbanda più larga(3.26eV).
A più larga hè a banda, u più chjucu u currente di fuga è più altu hè l'efficienza. U megliu a conduttività termale, u più altu hè a densità di corrente. U più forte u campu di avalanche critica hè, a resistenza di tensione di u dispusitivu pò esse migliurata.
Per quessa, in u campu di l'alta tensione à bordu, i MOSFET è SBD preparati da materiali di carburu di siliciu per rimpiazzà a cumminazione IGBT è FRD basata in siliciu esistenti ponu migliurà efficacemente a putenza è l'efficienza.in particulare in scenarii d'applicazione di alta frequenza per riduce e perdite di commutazione.
Attualmente, hè più prubabile di ottene applicazioni à grande scala in inverter di mutore, seguitu da OBC è DCDC.
piattaforma di tensione 800V
In a piattaforma di tensione 800V, u vantaghju di l'alta frequenza rende l'imprese più inclinate à sceglie a suluzione SiC-MOSFET. Dunque, a maiò parte di l'attuale pianificazione di cuntrollu elettronicu 800V SiC-MOSFET.
A pianificazione à livellu di piattaforma includemudernu E-GMP, GM Otenergy - campu di pickup, Porsche PPE, è Tesla EPA.Eccettu per i mudelli di piattaforma Porsche PPE chì ùn portanu micca esplicitamente SiC-MOSFET (u primu mudellu hè IGBT basatu in silice), altre plataforme di veiculi adoptanu schemi SiC-MOSFET.
Piattaforma Universal Ultra Energy
A pianificazione di mudelli 800V hè più,a marca Great Wall Salon Jiagirong, Beiqi pole Fox S HI versione, vittura ideale S01 è W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 hà dettu chì hà da purtari piattaforma 800V, oltri a BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Bandiera Rossa, Volkswagen hà dettu dinù tecnulugia 800V in ricerca.
Da a situazione di ordini 800V ottenuti da i fornitori di Tier1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, è Huichuantutti l'ordine di trasmissione elettrica 800V annunziati.
piattaforma di tensione 400V
In a piattaforma di tensione 400V, SiC-MOSFET hè principarmenti in a cunsiderazione di una densità di putenza alta è di putenza è alta efficienza.
Cum'è u mutore Tesla Model 3\Y chì hè statu pruduttu in massa avà, a putenza di punta di u mutore BYD Hanhou hè di circa 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO utilizerà ancu i prudutti SiC-MOSFET partendu da ET7. è l'ET5 chì serà listatu dopu. A putenza massima hè 240Kw (ET5 210Kw).
Inoltre, da a perspettiva di l'alta efficienza, alcune imprese anu ancu esploratu a fattibilità di i prudutti SiC-MOSFET di inundazione ausiliaria.
Postu tempu: Jul-08-2023
