Ti a ṣe afiwe pẹlu awọn semikondokito agbara ti o da lori ohun alumọni, SiC (silicon carbide) awọn semikondokito agbara ni awọn anfani pataki ni yiyi igbohunsafẹfẹ, pipadanu, itusilẹ ooru, miniaturization, ati bẹbẹ lọ.
Pẹlu iṣelọpọ titobi nla ti awọn oluyipada ohun alumọni carbide nipasẹ Tesla, awọn ile-iṣẹ diẹ sii ti tun bẹrẹ lati de awọn ọja ohun alumọni carbide.
SiC jẹ “iyalẹnu” pupọ, bawo ni a ṣe ṣe lori ilẹ?Kini awọn ohun elo bayi?Jẹ ki a ri!
01 ☆ Ibi ti SiC kan
Bii awọn semikondokito agbara miiran, pq ile-iṣẹ SiC-MOSFET pẹlukirisita gigun - sobusitireti - epitaxy - apẹrẹ - iṣelọpọ - ọna asopọ apoti.
Kirisita gigun
Lakoko ọna asopọ kirisita gigun, laisi igbaradi ti ọna Tira ti a lo nipasẹ ohun alumọni gara kan, ohun alumọni carbide ni akọkọ gba ọna gbigbe gaasi ti ara (PVT, ti a tun mọ ni ilọsiwaju Lly tabi ọna sublimation irugbin gara), ọna fifisilẹ kemikali otutu otutu ( HTCVD ) awọn afikun.
☆ Koko igbese
1. Carbonic ri to aise ohun elo;
2. Lẹhin alapapo, awọn carbide ri to di gaasi;
3. Gaasi gbe si awọn dada ti awọn irugbin gara;
4. Gaasi dagba lori dada ti awọn irugbin gara sinu kan gara.
Orisun aworan: “Omi Imọ-ẹrọ lati ṣajọpọ PVT idagbasoke ohun alumọni carbide”
Iṣẹ-ọnà oriṣiriṣi ti fa awọn aila-nfani nla meji ni akawe si ipilẹ ohun alumọni:
Ni akọkọ, iṣelọpọ jẹ nira ati ikore jẹ kekere.Iwọn otutu ti ipele gaasi orisun erogba dagba ju 2300 ° C ati titẹ jẹ 350MPa.Gbogbo apoti dudu ni a gbe jade, ati pe o rọrun lati dapọ si awọn aimọ.Awọn ikore jẹ kekere ju ipilẹ ohun alumọni.Ti o tobi iwọn ila opin, kekere ti ikore.
Awọn keji ni o lọra idagbasoke.Ijọba ti ọna PVT jẹ o lọra pupọ, iyara jẹ nipa 0.3-0.5mm / h, ati pe o le dagba 2cm ni awọn ọjọ 7.O pọju le dagba nikan 3-5cm, ati iwọn ila opin ti ingot gara jẹ okeene 4 inches ati 6 inches.
Awọn ohun alumọni-orisun 72H le dagba si kan iga ti 2-3m, pẹlu diameters okeene 6 inches ati 8-inch titun gbóògì agbara fun 12 inches.Nitorinaa, ohun alumọni carbide nigbagbogbo ni a pe ni ingot gara, ati ohun alumọni di igi gara.
Carbide ohun alumọni gara ingots
Sobusitireti
Lẹhin ti awọn gun gara ti pari, o ti nwọ awọn isejade ilana ti awọn sobusitireti.
Lẹhin gige ìfọkànsí, lilọ (lilọ ti o ni inira, lilọ daradara), didan (polishing mechanical), polishing ultra-precision (polishing mechanical polishing), a ti gba sobusitireti silikoni carbide.
Awọn sobusitireti o kun awọn ereipa ti atilẹyin ti ara, imunadoko gbona ati adaṣe.Iṣoro ti sisẹ ni pe ohun elo carbide silikoni ga, agaran, ati iduroṣinṣin ni awọn ohun-ini kemikali.Nitorinaa, awọn ọna ṣiṣe ohun alumọni ti aṣa ko dara fun sobusitireti carbide silikoni.
Didara ipa gige taara ni ipa lori iṣẹ ati ṣiṣe lilo (iye owo) ti awọn ọja ohun alumọni carbide, nitorinaa o nilo lati jẹ kekere, sisanra aṣọ, ati gige kekere.
Ni asiko yi,4-inch ati 6-inch ni akọkọ nlo ohun elo gige laini pupọ,gige awọn kirisita ohun alumọni sinu awọn ege tinrin pẹlu sisanra ti ko ju 1mm lọ.
Olona-ila gige sikematiki aworan atọka
Ni ọjọ iwaju, pẹlu ilosoke ninu iwọn ti awọn ohun alumọni ohun alumọni, ilosoke ninu awọn ibeere lilo ohun elo yoo pọ si, ati awọn imọ-ẹrọ bii slicing laser ati iyapa tutu yoo tun lo diẹdiẹ.
Ni ọdun 2018, Infineon ti gba Siltectra GmbH, eyiti o ṣe agbekalẹ ilana imotuntun ti a mọ bi fifọ tutu.
Ti a ṣe afiwe pẹlu ipadanu ilana gige waya olona-pupọ ti aṣa ti 1/4,ilana fifọ tutu nikan padanu 1/8 ti ohun elo carbide silikoni.
Itẹsiwaju
Niwọn igba ti ohun elo carbide silikoni ko le ṣe awọn ẹrọ agbara taara lori sobusitireti, awọn ẹrọ pupọ ni a nilo lori Layer itẹsiwaju.
Nitorinaa, lẹhin iṣelọpọ ti sobusitireti ti pari, fiimu tinrin gara kan pato ti dagba lori sobusitireti nipasẹ ilana itẹsiwaju.
Ni lọwọlọwọ, ọna fifisilẹ gaasi kemikali (CVD) jẹ lilo ni pataki.
Apẹrẹ
Lẹhin ti a ṣe sobusitireti, o wọ ipele apẹrẹ ọja.
Fun MOSFET, idojukọ ti ilana apẹrẹ jẹ apẹrẹ ti yara,ni apa kan lati yago fun irufin itọsi(Infineon, Rohm, ST, ati bẹbẹ lọ, ni ipilẹ itọsi), ati ni apa keji sipade iṣelọpọ ati awọn idiyele iṣelọpọ.
Wafer iṣelọpọ
Lẹhin apẹrẹ ọja ti pari, o wọ ipele iṣelọpọ wafer,ati ilana naa jẹ aijọju iru si ti ohun alumọni, eyiti o ni awọn igbesẹ 5 ni akọkọ.
☆Igbese 1: Tún boju-boju naa
Layer ti ohun elo afẹfẹ silikoni (SiO2) ti a ṣe, ti a bo photoresist, apẹrẹ photoresist ti a ṣe nipasẹ awọn igbesẹ ti isokan, ifihan, idagbasoke, ati bẹbẹ lọ, ati pe a gbe nọmba naa si fiimu oxide nipasẹ ilana etching.
☆Igbese 2: Ion gbin
Wafer carbide silikoni ti o boju-boju ti wa ni a gbe sinu atẹrin ion, nibiti a ti fi awọn ions aluminiomu itasi lati ṣe agbegbe agbegbe doping P-type, ati annealed lati mu awọn ions aluminiomu ti a fi sii.
A ti yọ fiimu oxide kuro, awọn ions nitrogen ti wa ni itasi si agbegbe kan pato ti agbegbe doping P-type lati ṣe agbegbe N-Iru conductive ti sisan ati orisun, ati awọn ions nitrogen ti a fi sii ti wa ni annealed lati mu wọn ṣiṣẹ.
☆Igbese 3: Ṣe akoj
Ṣe awọn akoj.Ni agbegbe laarin orisun ati sisan, Layer oxide ẹnu-bode ti pese sile nipasẹ ilana ifoyina otutu ti o ga, ati pe a ti gbe Layer elekiturodu ẹnu-ọna lati ṣe agbekalẹ iṣakoso ẹnu-ọna.
☆Igbese 4: Ṣiṣe awọn fẹlẹfẹlẹ passivation
Passivation Layer ti wa ni ṣe.Ṣe idogo Layer passivation pẹlu awọn abuda idabobo to dara lati ṣe idiwọ didenukole interelectrode.
☆Igbese 5: Ṣe awọn amọna-orisun omi
Ṣe sisan ati orisun.Awọn passivation Layer ti wa ni perforated ati irin ti wa ni sputtered lati fẹlẹfẹlẹ kan ti sisan ati orisun kan.
Orisun Fọto: Xinxi Capital
Botilẹjẹpe iyatọ kekere wa laarin ipele ilana ati ipilẹ ohun alumọni, nitori awọn abuda ti awọn ohun elo carbide silikoni,ion gbin ati annealing nilo lati ṣe ni agbegbe otutu ti o ga(to 1600 ° C), iwọn otutu ti o ga yoo ni ipa lori ilana lattice ti ohun elo funrararẹ, ati pe iṣoro naa yoo tun ni ipa lori ikore.
Ni afikun, fun MOSFET paati,didara atẹgun ẹnu-ọna taara yoo ni ipa lori iṣipopada ikanni ati igbẹkẹle ẹnu-ọna, nitori awọn iru meji ti ohun alumọni ati awọn ọta erogba ni ohun elo carbide silikoni.
Nitorinaa, ọna idagbasoke alabọde ẹnu-ọna pataki kan nilo (ojuami miiran ni pe iwe ohun alumọni silikoni jẹ sihin, ati pe titete ipo ni ipele fọtolithography nira si ohun alumọni).
Lẹhin iṣelọpọ wafer ti pari, chirún ẹni kọọkan ti ge sinu chirún igboro ati pe o le ṣajọ ni ibamu si idi naa.Ilana ti o wọpọ fun awọn ẹrọ ọtọtọ jẹ TO package.
650V CoolSiC™ MOSFETs ni TO-247 package
Fọto: Infineon
Aaye ọkọ ayọkẹlẹ ni agbara giga ati awọn ibeere itusilẹ ooru, ati nigbakan o jẹ dandan lati kọ awọn iyika afara taara (afara idaji tabi afara kikun, tabi akopọ taara pẹlu awọn diodes).
Nitorina, o ti wa ni igba dipo taara sinu modulu tabi awọn ọna šiše.Gẹgẹbi nọmba awọn eerun igi ti a ṣajọpọ ni module kan, fọọmu ti o wọpọ jẹ 1 ni 1 (BorgWarner), 6 ni 1 (Infineon), ati bẹbẹ lọ, ati pe diẹ ninu awọn ile-iṣẹ lo ero isọdọkan-tube kan.
Borgwarner paramọlẹ
Ṣe atilẹyin itutu agba omi-meji ati SiC-MOSFET
Infineon CoolSiC™ MOSFET awọn modulu
Ko dabi silikoni,Awọn modulu carbide silikoni ṣiṣẹ ni iwọn otutu ti o ga julọ, nipa 200 ° C.
Ibile asọ ti solder otutu yo ojuami otutu ni kekere, ko le pade awọn iwọn otutu awọn ibeere.Nitorinaa, awọn modulu carbide silikoni nigbagbogbo lo ilana alurinmorin fadaka iwọn otutu kekere.
Lẹhin ti module ti pari, o le lo si eto awọn ẹya.
Tesla Model3 motor oludari
Chirún igboro wa lati ST, package ti ara ẹni ati eto awakọ ina
☆02 Ipo ohun elo ti SiC?
Ni aaye adaṣe, awọn ẹrọ agbara ni a lo ni akọkọ ninuDCDC, OBC, motor inverters, ina air conditioning inverters, alailowaya gbigba agbara ati awọn miiran awọn ẹya arati o nilo iyipada iyara AC/DC (DCDC ni pataki ṣiṣẹ bi iyipada iyara).
Fọto: BorgWarner
Ti a bawe pẹlu awọn ohun elo ti o da lori silikoni, awọn ohun elo SIC ni ti o ga julọlominu ni owusuwusu didenukole agbara aaye(3×106V/cm),dara gbona elekitiriki(49W/mK) atiigboro iye iwọn(3.26eV).
Ti o gbooro aafo ẹgbẹ naa, o kere si lọwọlọwọ jijo ati ṣiṣe ti o ga julọ.Awọn dara awọn gbona elekitiriki, awọn ti o ga awọn ti isiyi iwuwo.Ni okun to ṣe pataki aaye didenukole owusuwusu jẹ, resistance foliteji ti ẹrọ le ni ilọsiwaju.
Nitorinaa, ni aaye ti foliteji giga lori ọkọ, MOSFETs ati SBD ti a pese sile nipasẹ awọn ohun elo ohun elo silikoni lati rọpo IGBT ti o da lori ohun alumọni ati apapo FRD le mu agbara ati ṣiṣe ṣiṣẹ daradara,paapaa ni awọn oju iṣẹlẹ ohun elo igbohunsafẹfẹ giga lati dinku awọn adanu iyipada.
Ni lọwọlọwọ, o ṣee ṣe julọ lati ṣaṣeyọri awọn ohun elo titobi nla ni awọn inverters mọto, atẹle nipasẹ OBC ati DCDC.
800V foliteji Syeed
Ninu pẹpẹ foliteji 800V, anfani ti igbohunsafẹfẹ giga jẹ ki awọn ile-iṣẹ ni itara diẹ sii lati yan ojutu SiC-MOSFET.Nitorinaa, pupọ julọ igbero iṣakoso itanna 800V lọwọlọwọ SiC-MOSFET.
Eto ipele-ipele pẹluE-GMP igbalode, GM Otenergy - aaye gbigba, Porsche PPE, ati Tesla EPA.Ayafi fun awọn awoṣe Syeed Porsche PPE ti ko gbe SiC-MOSFET ni gbangba (awoṣe akọkọ jẹ IGBT ti o da lori siliki), awọn iru ẹrọ ọkọ miiran gba awọn ero SiC-MOSFET.
Universal Ultra agbara Syeed
Eto awoṣe 800V jẹ diẹ sii,awọn Nla Wall Salon brand Jiagirong, Beiqi polu Fox S HI version, bojumu ọkọ ayọkẹlẹ S01 ati W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 sọ pe yoo gbe ipilẹ 800V, ni afikun si BYD, Laantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen tun sọ imọ-ẹrọ 800V ni iwadi.
Lati ipo ti awọn aṣẹ 800V ti o gba nipasẹ awọn olupese Tier1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, ati Huichuangbogbo kede 800V ina drive bibere.
400V foliteji Syeed
Ninu iru ẹrọ foliteji 400V, SiC-MOSFET jẹ pataki ni ero ti agbara giga ati iwuwo agbara ati ṣiṣe giga.
Gẹgẹbi Tesla Model 3 \ Y motor ti a ti ṣelọpọ pupọ ni bayi, agbara ti o ga julọ ti ọkọ ayọkẹlẹ BYD Hanhou jẹ nipa 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO yoo tun lo awọn ọja SiC-MOSFET ti o bẹrẹ lati ET7 ati ET5 ti yoo ṣe akojọ nigbamii.Agbara ti o ga julọ jẹ 240Kw (ET5 210Kw).
Ni afikun, lati irisi ṣiṣe giga, diẹ ninu awọn ile-iṣẹ tun n ṣawari iṣeeṣe ti iṣan omi iranlọwọ awọn ọja SiC-MOSFET.
Akoko ifiweranṣẹ: Jul-08-2023