Цахиурт суурилсан цахилгаан хагас дамжуулагчтай харьцуулахад SiC (цахиурын карбид) эрчим хүчний хагас дамжуулагч нь шилжих давтамж, алдагдал, дулаан ялгаруулах, жижигрүүлэх гэх мэт давуу талтай.
Тесла цахиурын карбидын инвертерийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэснээр илүү олон компани цахиурын карбидын бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэж эхэлсэн.
SiC маш "гайхалтай" бөгөөд энэ нь дэлхий дээр хэрхэн хийгдсэн бэ?Одоо ямар програмууд байна вэ?Харцгаая!
01 ☆ SiC төрөлт
Бусад цахилгаан хагас дамжуулагчийн нэгэн адил SiC-MOSFET үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээнд багтдагурт болор - субстрат - эпитакси - дизайн - үйлдвэрлэл - сав баглаа боодлын холбоос.
Урт болор
Урт болор холбоосын үед дан болор цахиурын ашигладаг Тира аргыг бэлтгэхээс ялгаатай нь цахиурын карбид нь голчлон физик хийн тээвэрлэлтийн аргыг (PVT, сайжруулсан Lly эсвэл үрийн болор сублимацийн арга гэж нэрлэдэг), өндөр температурт химийн хийн хуримтлуулах аргыг (HTCVD) ашигладаг. ) нэмэлтүүд.
☆ Үндсэн алхам
1. Нүүрстөрөгчийн хатуу түүхий эд;
2. Халаах дараа карбидын хатуу нь хий болдог;
3. Үрийн талст гадаргуу руу хий шилжих;
4. Үрийн болор гадаргуу дээр хий ургаж болор болдог.
Зургийн эх сурвалж: "PVT өсөлтийн цахиурын карбидыг задлах техникийн цэг"
Өөр өөр гар урлал нь цахиурын суурьтай харьцуулахад хоёр том сул талыг бий болгосон.
Нэгдүгээрт, үйлдвэрлэл хэцүү, ургац бага байна.Нүүрстөрөгчийн хийн фазын температур 2300 хэмээс дээш өсдөг ба даралт нь 350 МПа байна.Харанхуй хайрцгийг бүхэлд нь хийдэг бөгөөд энэ нь хольцтой холилдоход хялбар байдаг.Гарц нь цахиурын суурьтай харьцуулахад бага байдаг.Диаметр нь том байх тусам ургац бага байх болно.
Хоёр дахь нь удаан өсөлт юм.PVT аргын засаглал нь маш удаан, хурд нь ойролцоогоор 0,3-0,5 мм/цаг, 7 хоногийн дотор 2 см өсөх боломжтой.Дээд тал нь зөвхөн 3-5 см ургадаг бөгөөд болор ембүүний диаметр нь ихэвчлэн 4 инч, 6 инч байдаг.
Цахиурт суурилсан 72H нь 2-3м өндөрт хүрч, голчлон 6 инч диаметртэй, 12 инчийн 8 инчийн шинэ үйлдвэрлэлийн хүчин чадалтай.Тиймээс цахиурын карбидыг болор ембүү гэж нэрлэдэг бөгөөд цахиур нь болор саваа болдог.
Карбидын цахиурын болор ембүү
Субстрат
Урт болор дууссаны дараа энэ нь субстратын үйлдвэрлэлийн процесст ордог.
Зорилтот зүсэх, нунтаглах (барзгар нунтаглах, нарийн нунтаглах), өнгөлөх (механик өнгөлөх), хэт нарийвчлалтай өнгөлөх (химийн механик өнгөлөх) дараа цахиурын карбидын субстратыг олж авдаг.
Субстрат нь голчлон тоглодогфизик дэмжлэг, дулаан дамжуулалт ба дамжуулалтын үүрэг.Боловсруулалтын хүндрэл нь цахиурын карбидын материал нь өндөр, шаржигнуур, химийн шинж чанараараа тогтвортой байдаг.Тиймээс цахиур дээр суурилсан уламжлалт боловсруулалтын аргууд нь цахиурын карбидын субстратад тохиромжгүй байдаг.
Зүсэх нөлөөний чанар нь цахиурын карбидын бүтээгдэхүүний гүйцэтгэл, ашиглалтын үр ашигт (зардал) шууд нөлөөлдөг тул жижиг хэмжээтэй, жигд зузаантай, зүсэлт багатай байх шаардлагатай.
Одоогийн байдлаар,4 инч ба 6 инч нь голчлон олон шугамтай зүсэх төхөөрөмжийг ашигладаг.цахиурын талстыг 1 мм-ээс ихгүй зузаантай нимгэн зүсмэлүүд болгон зүсэх.
Олон шугамтай огтлох бүдүүвч диаграм
Цаашид карбонжуулсан цахиур хавтангийн хэмжээ нэмэгдэхийн хэрээр материалын ашиглалтын шаардлага нэмэгдэж, лазераар зүсэх, хүйтнээр ялгах зэрэг технологиуд аажмаар хэрэгжинэ.
2018 онд Infineon нь хүйтэн хагарал гэгддэг шинэлэг процессыг боловсруулсан Siltectra GmbH-ийг худалдаж авсан.
Уламжлалт олон утастай огтлох үйл явцтай харьцуулахад 1/4-ийн алдагдал,хүйтэн хагарлын процесс нь цахиурын карбидын материалын 1/8-ийг л алдсан.
Өргөтгөл
Цахиурын карбидын материал нь шууд субстрат дээр цахилгаан төхөөрөмжийг хийж чадахгүй тул өргөтгөлийн давхарга дээр янз бүрийн төхөөрөмж шаардлагатай.
Тиймээс субстратын үйлдвэрлэл дууссаны дараа сунгах процессоор субстрат дээр тодорхой нэг талст нимгэн хальс ургуулдаг.
Одоогийн байдлаар химийн хийн хуримтлуулах аргыг (CVD) голчлон ашиглаж байна.
Дизайн
Субстратыг хийсний дараа энэ нь бүтээгдэхүүний дизайны үе шатанд ордог.
MOSFET-ийн хувьд дизайны үйл явцын гол зорилго нь ховилын дизайн,нэг талаас патентын зөрчлөөс зайлсхийх(Infineon, Rohm, ST гэх мэт нь патентын загвартай), нөгөө талаасүйлдвэрлэх чадвар, үйлдвэрлэлийн зардлыг нөхөх.
Вафель үйлдвэрлэх
Бүтээгдэхүүний дизайныг хийж дууссаны дараа өрмөнцөр үйлдвэрлэх шатанд ордог.бөгөөд энэ процесс нь цахиурынхтай бараг төстэй бөгөөд үндсэндээ дараах 5 үе шаттай.
☆Алхам 1: Маск тарина
Цахиурын ислийн (SiO2) хальсыг хийж, фоторезистийг бүрж, нэгэн төрлийн болгох, өртөх, хөгжүүлэх гэх мэт үе шаттайгаар фоторезистийн хэв маягийг бүрдүүлж, сийлбэрлэх процессоор дүрсийг исэлдүүлсэн хальс руу шилжүүлдэг.
☆Алхам 2: Ион суулгац
Масктай цахиур карбид өрөмийг ионы суулгацанд хийж, хөнгөн цагааны ионуудыг шахаж P хэлбэрийн допингийн бүс үүсгэж, суулгасан хөнгөн цагааны ионыг идэвхжүүлдэг.
Исэл хальсыг зайлуулж, азотын ионуудыг P хэлбэрийн допингийн бүсийн тодорхой хэсэгт шахаж, ус зайлуулах суваг, эх үүсвэрийн N хэлбэрийн дамжуулагч бүсийг үүсгэж, суулгасан азотын ионуудыг идэвхжүүлэхийн тулд задалдаг.
☆Алхам 3: Сүлжээг хий
Сүлжээг хий.Эх үүсвэр ба ус зайлуулах хоолойн хоорондох хэсэгт хаалганы ислийн давхаргыг өндөр температурт исэлдүүлэх процессоор бэлтгэж, хаалганы электродын давхаргыг барьж, хаалганы хяналтын бүтцийг бий болгодог.
☆Алхам 4: Идэвхгүй давхарга хийх
Пассивацийн давхарга хийгдсэн.Электрод хоорондын эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд сайн тусгаарлагч шинж чанартай пассивацийн давхаргыг байрлуулна.
☆Алхам 5: Ус зайлуулах эх үүсвэрийн электродуудыг хийнэ
Ус зайлуулах суваг, эх үүсвэр хийх.Идэвхгүй болгох давхарга нь цооролттой, металыг цацаж ус зайлуулах суваг, эх үүсвэр үүсгэдэг.
Гэрэл зургийн эх сурвалж: Синьси Капитал
Хэдийгээр цахиурын карбидын материалын шинж чанараас шалтгаалан үйл явцын түвшин болон цахиурын үндсэн дээр ялгаа бага байдаг.ионы суулгац ба анивалтыг өндөр температурт хийх шаардлагатай(1600 ° C хүртэл), өндөр температур нь материалын торны бүтцэд нөлөөлж, хүндрэл нь ургацад нөлөөлнө.
Үүнээс гадна, MOSFET бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьд,Хаалганы хүчилтөрөгчийн чанар нь сувгийн хөдөлгөөн, хаалганы найдвартай байдалд шууд нөлөөлдөг, учир нь цахиурын карбидын материалд цахиур болон нүүрстөрөгчийн хоёр төрлийн атом байдаг.
Тиймээс тусгай хаалганы дунд өсөлтийн арга шаардлагатай (өөр нэг зүйл бол цахиурын карбидын хуудас нь тунгалаг бөгөөд фотолитографийн үе шатанд байрлалыг тэгшлэх нь цахиурт хэцүү байдаг).
Өргөст ялтсын үйлдвэрлэл дууссаны дараа бие даасан чипийг нүцгэн чип болгон хувааж, зориулалтын дагуу савлаж болно.Дискрет төхөөрөмжүүдийн нийтлэг процесс бол TO багц юм.
TO-247 багц дахь 650V CoolSiC™ MOSFET
Зураг: Infineon
Автомашины талбай нь өндөр хүч чадал, дулаан ялгаруулах шаардлагад нийцдэг бөгөөд заримдаа гүүрний хэлхээг (хагас гүүр эсвэл бүрэн гүүр, эсвэл шууд диодоор савласан) шууд барих шаардлагатай байдаг.
Тиймээс энэ нь ихэвчлэн модуль эсвэл системд шууд багцлагдсан байдаг.Нэг модульд савлагдсан чипүүдийн тоогоор нийтлэг хэлбэр нь 1-д 1 (BorgWarner), 6-д 1 (Infineon) гэх мэт бөгөөд зарим компаниуд нэг хоолойтой зэрэгцээ схемийг ашигладаг.
Боргварнер Могой
Хоёр талт усан хөргөлт болон SiC-MOSFET-ийг дэмждэг
Infineon CoolSiC™ MOSFET модулиуд
Цахиураас ялгаатай ньЦахиурын карбидын модулиуд нь илүү өндөр температурт, ойролцоогоор 200 ° C-д ажилладаг.
Уламжлалт зөөлөн гагнуурын температурын хайлах цэгийн температур бага, температурын шаардлагыг хангаж чадахгүй.Тиймээс цахиурын карбидын модулиуд нь ихэвчлэн бага температурт мөнгөн гагнуурын гагнуурын процессыг ашигладаг.
Модуль дууссаны дараа үүнийг эд ангиудын системд хэрэглэж болно.
Tesla Model3 мотор хянагч
Нүцгэн чип нь ST, өөрөө боловсруулсан багц, цахилгаан хөтөч системээс гаралтай
☆02 SiC-ийн хэрэглээний байдал?
Автомашины салбарт эрчим хүчний төхөөрөмжийг голчлон ашигладагDCDC, OBC, мотор инвертер, цахилгаан агааржуулалтын инвертер, утасгүй цэнэглэгч болон бусад эд ангиудAC/DC хурдан хувиргах шаардлагатай (DCDC нь ихэвчлэн хурдан шилжүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг).
Зураг: BorgWarner
Цахиурт суурилсан материалтай харьцуулахад SIC материалууд илүү өндөр байдагчухал нуранги нуралтын талбайн хүч(3×106В/см),илүү сайн дулаан дамжуулалт(49Вт/мК) баилүү өргөн зурвасын зай(3.26эВ).
Туузны зөрүү их байх тусам алдагдсан гүйдэл бага байх ба үр ашиг өндөр байх болно.Дулаан дамжуулалт сайн байх тусам одоогийн нягтрал өндөр байна.Нуранги нуралтын талбар хүчтэй байх тусам төхөөрөмжийн хүчдэлийн эсэргүүцлийг сайжруулж болно.
Тиймээс цахиурт суурилсан IGBT ба FRD хослолыг орлуулахын тулд цахиурын карбидын материалаар бэлтгэсэн MOSFET ба SBD нь өндөр хүчдэлийн салбарт хүч чадал, үр ашгийг үр дүнтэй сайжруулж чадна.ялангуяа өндөр давтамжийн хэрэглээний хувилбаруудад шилжих алдагдлыг багасгах.
Одоогийн байдлаар мотор инвертерийн томоохон хэрэглээнд хүрэх магадлал өндөр байна, дараа нь OBC болон DCDC.
800V хүчдэлийн платформ
800V хүчдэлийн платформ дээр өндөр давтамжийн давуу тал нь аж ахуйн нэгжүүдийг SiC-MOSFET шийдлийг сонгоход илүү их ханддаг.Тиймээс одоогийн ихэнх 800V цахим хяналтын төлөвлөлт SiC-MOSFET.
Платформын түвшний төлөвлөлт орноорчин үеийн E-GMP, GM Otenergy – пикап талбай, Porsche PPE, Tesla EPA.SiC-MOSFET (эхний загвар нь цахиурт суурилсан IGBT) агуулаагүй Porsche PPE платформ загваруудаас бусад тээврийн хэрэгслийн бусад платформууд SiC-MOSFET схемийг ашигладаг.
Universal Ultra Energy платформ
800V загварын төлөвлөлт нь илүү,Цагаан хэрэм салоны брэнд Jiagirong, Beiqi pole Fox S HI хувилбар, хамгийн тохиромжтой машин S01 ба W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 нь BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag зэргээс гадна 800V платформыг авч явах болно гэж Volkswagen мөн судалгаанд 800V-ийн технологи гэж хэлсэн.
Tier1 ханган нийлүүлэгчдээс авсан 800В-ын захиалгын нөхцөл байдлаас,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, Huichuanбүх зарлагдсан 800V цахилгаан хөтөч захиалга.
400В хүчдэлийн платформ
400V хүчдэлийн платформд SiC-MOSFET нь өндөр хүч чадал, эрчим хүчний нягтрал, өндөр үр ашигтай байдлыг харгалзан үздэг.
Одоо олноор үйлдвэрлэгдсэн Tesla Model 3\Y мотор гэх мэт BYD Hanhou моторын оргил хүч нь ойролцоогоор 200 кВт (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO мөн SiC-MOSFET бүтээгдэхүүнийг ET7-аас эхлэн ашиглах болно. мөн дараа нь жагсаах ET5.Оргил хүч нь 240Кв (ET5 210Kw).
Нэмж дурдахад өндөр үр ашигтай байх үүднээс зарим аж ахуйн нэгжүүд SiC-MOSFET бүтээгдэхүүнийг нэмэлт үерлэх боломжийн талаар судалж байна.
Шуудангийн цаг: 2023-07-08