Li gorî nîvconduktorên hêzê yên bingeh-silicon, nîvconduktorên hêzê yên SiC (karbîd silicon) di guheztina frekansa, windabûn, belavbûna germê, piçûkkirin, hwd de xwedî avantajên girîng in.
Bi hilberîna mezin a guhêrbarên karbîd ên siliconê ji hêla Tesla ve, bêtir pargîdaniyan jî dest bi çandina hilberên karbîd silicon kirin.
SiC ew qas "ecêb" e, li ser rûyê erdê ew çawa hate çêkirin? Niha serlêdan çi ne? Ka em bibînin!
01 ☆ Jidayikbûna SiC
Mîna nîvconduktorên hêzê yên din, zincîra pîşesaziya SiC-MOSFET tê de yekrîstala dirêj - substrat - epîtaksî - sêwirandin - çêkirin - girêdana pakkirinê.
Krîstala dirêj
Di dema girêdana krîstalê ya dirêj de, berevajî amadekirina rêbaza Tira ya ku ji hêla sîlîkona yek-krîstal ve tê bikar anîn, karbîdê silicon bi gelemperî rêbaza veguheztina gazê ya laşî (PVT, ku wekî baştirîn Lly an rêbaza hilanîna krîstal a tovê jî tê zanîn), rêbaza depokirina gaza kîmyewî ya germahiya bilind (HTCVD) qebûl dike. ) lêzêdekirin.
☆ Pêngava bingehîn
1. Karbonîk madeya xav solid;
2. Piştî germkirinê, karbîdê hişk dibe gaz;
3. Gaz ber bi rûyê krîstala tovê ve diçe;
4. Gaz li ser rûyê krîstalê tov dibe krîstal.
Çavkaniya wêneyê: "Xala Teknîkî ya jihevxistina karbîda silîkonê ya mezinbûna PVT"
Pîşesaziya cihêreng li gorî bingeha silicon bûye sedema du kêmasiyên mezin:
Ya yekem, hilberandin zehmet e û berbi kêm e.Germahiya qonaxa gazê ya li ser bingeha karbonê ji 2300 ° C re mezin dibe û zext 350 MPa ye. Tevahiya qutiya tarî tête çêkirin, û ew hêsan e ku meriv di nav nepakiyan de tevlihev bike. Hilberîn ji bingeha silicon kêmtir e. Çiqas mezin be, berhem jî kêm dibe.
Ya duyemîn mezinbûna hêdî ye.Rêbaza Rêvebiriya PVT pir hêdî ye, leza 0,3-0,5 mm / h e, û ew dikare di 7 rojan de 2 cm mezin bibe. Herî zêde tenê dikare 3-5 cm mezin bibe, û pîvaza çîçeka krîstal bi piranî 4 inç û 6 inç e.
72H-a-based Silicon dikare bi bilindahiya 2-3 m mezin bibe, bi rêjeyên bi piranî 6 înç û kapasîteya hilberîna nû ya 8-inch ji bo 12 înç.Ji ber vê yekê, silicon carbide pir caran jê re çîçek krîstal tê gotin, û silicon dibe çîçek krîstal.
Tîlanên krîstal ên siliconê karbîd
Substrate
Piştî ku krîstala dirêj qediya, ew dikeve pêvajoya hilberîna substratê.
Piştî qutkirina armanckirî, rijandin (pişka zirav, hûrkirina hûr), paqijkirin (paqijkirina mekanîkî), paqijkirina ultra-rast (paqijkirina mekanîkî ya kîmyewî), substrata karbîd a silicon tê bidestxistin.
Substrat bi piranî dilîzerola piştgiriya fizîkî, gihandina termal û rêvegirtinê.Zehmetiya pêvajoyê ev e ku maddeya karbîd a silicon di taybetmendiyên kîmyewî de bilind, şirîn û domdar e. Ji ber vê yekê, rêbazên pêvajoyê yên kevneşopî yên bingehîn ên silicon ji bo substratê karbîdê silicon ne maqûl in.
Qalîteya bandora qutkirinê rasterast bandorê li ser performans û karbidestiya karanîna (lêçûn) hilberên karbîdê silicon dike, ji ber vê yekê pêdivî ye ku ew piçûk, stûrbûna yekreng, û birrîna kêm be.
Niha,4-inch û 6-inch bi piranî alavên birrîna pir-hêl bikar tîne,birrîna krîstalên siliconê di nav perçên zirav ên ku stûriya wan ji 1 mm ne zêdetir e.
Diyagrama şematîkî ya birrîna pir-xêz
Di paşerojê de, bi zêdebûna mezinahiya waferên siliconê yên karbonîzekirî re, dê zêdebûna hewcedariyên karanîna materyalê zêde bibe, û teknolojiyên wekî perçekirina lazer û veqetandina sar jî dê hêdî hêdî werin sepandin.
Di sala 2018-an de, Infineon Siltectra GmbH bi dest xist, ku pêvajoyek înnovasyonî ku wekî qirkirina sar tê zanîn pêşxist.
Li gorî windabûna pêvajoya birrîna pir-têl a kevneşopî ya 1/4,pêvajoya qirkirina sar tenê 1/8 ji materyalê karbîdê silicon winda kir.
Dirêjkirinî
Ji ber ku maddeya karbîd a silicon nikare amûrên hêzê rasterast li ser substratê çêbike, li ser qata dirêjkirinê amûrên cihêreng hewce ne.
Ji ber vê yekê, piştî ku hilberîna substratê qediya, bi pêvajoya dirêjkirinê ve fîlimek tenik a yek-krîstal li ser substratê mezin dibe.
Heya nuha, pêvajoya vekêşana gaza kîmyewî (CVD) bi giranî tê bikar anîn.
Mînakkirin
Piştî ku substrate tê çêkirin, ew dikeve qonaxa sêwirana hilberê.
Ji bo MOSFET, bala pêvajoya sêwiranê sêwirana groove ye,ji aliyekî ve ji binpêkirina patentê dûr bikeve(Infineon, Rohm, ST, hwd., xwedan sêwirana patentê ne), û ji hêla din velêçûnên hilberandin û çêkirinê bicîh bînin.
Çêkirina wafer
Piştî ku sêwirana hilberê qediya, ew dikeve qonaxa çêkirina wafer,û pêvajo hema hema dişibihe ya siliconê, ku bi gelemperî 5 gavên jêrîn hene.
☆ Gav 1: Maskê derzînin
Parçeyek ji fîlimê oksîtê silicon (SiO2) tê çêkirin, wênegir tê pêçan, modela fotoresist bi gavên homojenîzasyon, xuyangkirin, geşepêdan, hwd ve tê çêkirin, û jimar bi navgîniya pêvajoya xêzkirinê ve tê veguheztin fîlima oksîdê.
☆ Gav 2: Implantkirina Ion
Wafera karbîd a siliconê ya maskekirî di nav îyonek îyonê de tê danîn, ku li wir îyonên aluminiumê têne derzî kirin da ku herêmek dopîngê ya P-type ava bikin, û ji bo aktîvkirina îyonên aluminiumê yên hatine çandin tê rijandin.
Fîma oksîdê tê rakirin, îyonên nîtrojenê li herêmek taybetî ya herêma dopîngê ya tîpa P-ê têne derzî kirin da ku herêmek guhezbar a tîpa N a avjenî û çavkaniyê ava bike, û îyonên nîtrojenê yên ku hatine çandin têne şil kirin da ku wan çalak bikin.
☆ Gav 3: Tora çêkin
Tora çêbikin. Li devera di navbera çavkanî û avdanê de, pileya oksîtê ya dergehê ji hêla pêvajoya oksîdasyona germahiya bilind ve tê amadekirin, û tebeqeya elektroda dergehê tê razandin da ku strukturê kontrola derî pêk bîne.
☆ Gav 4: Çêkirina qatên pasîvasyonê
Tebeqeya pasîvasyonê tê çêkirin. Parçeyek pasîvasyonê bi taybetmendiyên îzolekirinê yên baş veqetînin da ku pêşî li têkçûna navelektrodê bigirin.
☆ Gav 5: Elektrodên jêderka avdanê çêbikin
Avêtin û çavkaniyê çêbikin. Tebeqeya pasîvasyonê tê perçiqandin û metal tê rijandin da ku av û çavkaniyek çêbike.
Çavkaniya Wêne: Paytexta Xinxi
Her çend di navbera asta pêvajoyê û bingeha silicon de cûdahiyek hindik heye, ji ber taybetmendiyên materyalên karbîd ên silicon,pêdivî ye ku îyon û annealkirin di hawîrdorek germahiya bilind de were kirin(heta 1600 ° C), germahiya bilind dê bandorê li strûktûra tîrêjê ya materyalê bixwe bike, û dijwarî dê bandorê li hilberînê jî bike.
Wekî din, ji bo pêkhateyên MOSFET,qalîteya oksîjena dergehê rasterast bandorê li tevgera kanal û pêbaweriya dergehê dike, ji ber ku di maddeya silicon carbide du cure atomên silicon û karbonê hene.
Ji ber vê yekê, rêbazek mezinbûna navîn a dergehek taybetî hewce ye (xalek din ev e ku pelika karbîd a silicon zelal e, û hevrêziya pozîsyonê di qonaxa fotolîtografî de ji siliconê re dijwar e).
Piştî ku çêkirina wafer qediya, çîpê kesane di nav çîpek tazî de tê qut kirin û li gorî mebestê dikare were pak kirin. Pêvajoya hevpar a ji bo amûrên veqetandî pakêta TO ye.
MOSFETên 650V CoolSiC™ di pakêta TO-247 de
Wêne: Infineon
Qada otomotîvê xwedan hewcedariyên belavbûna hêz û germê ye, û carinan hewce ye ku rasterast çerxên pirê (nîv pira an pira tije, an rasterast bi dîodan ve hatî pakij kirin) were çêkirin.
Ji ber vê yekê, ew bi gelemperî rasterast di modul an pergalan de tête pak kirin. Li gorî hejmara çîpên ku di yek modulê de têne pak kirin, forma hevpar 1 di 1 (BorgWarner), 6 di 1 (Infineon), hwd., û hin pargîdan nexşeyek paralel a yek-tube bikar tînin.
Borgwarner Viper
Piştgiriya sarbûna avê ya dualî û SiC-MOSFET dike
Modulên Infineon CoolSiC™ MOSFET
Berevajî silicon,Modulên karbîd ên silicon li germahiyek bilindtir, bi qasî 200 ° C dixebitin.
Germahiya xala helandinê ya germahiya nerm a kevneşopî kêm e, nikare hewcedariyên germahiyê bicîh bîne. Ji ber vê yekê, modulên karbîd ên silicon bi gelemperî pêvajoya weldingkirina ziravkirina zîv-germahiya nizm bikar tînin.
Piştî ku modul qediya, ew dikare li pergala parçeyan were sepandin.
Kontrolkerê motorê Tesla Model3
Çîpa tazî ji ST, pakêta xwe-pêşkeftî û pergala ajotina elektrîkê tê
☆02 Rewşa serîlêdanê ya SiC?
Di qada otomotîvê de, amûrên hêzê bi gelemperî tê bikar anînDCDC, OBC, inverterên motorê, guheztinên hewaya elektrîkê, barkirina bêtêl û beşên dinyên ku guheztina bilez a AC / DC hewce dikin (DCDC bi gelemperî wekî guhezek bilez tevdigere).
Wêne: BorgWarner
Li gorî materyalên bingehîn ên silicon, materyalên SIC bilindtir inhêza qada hilweşîna avalanche krîtîk(3×106V/cm),gihandina termal baştir(49W/mK) ûvalahiya band firehtir(3.26eV).
Her ku valahiya bandê firehtir bibe, ew qas hêjeya leaksiyonê piçûktir dibe û karîgerî jî bilindtir dibe. Germahiya germê ya çêtir, dendika niha jî bilindtir e. Qada têkçûna avalanche ya krîtîk her ku bihêztir be, berxwedana voltaja amûrê dikare were baştir kirin.
Ji ber vê yekê, di warê voltaja bilind a serhêl de, MOSFET û SBD ku ji hêla materyalên karbîd ên silicon ve hatî amadekirin da ku li şûna berhevoka heyî ya IGBT û FRD-a-based silicon-ê biguhezînin dikarin bi bandor hêz û karbidestiyê baştir bikin,nemaze di senaryoyên serîlêdana frekansa bilind de ji bo kêmkirina windahiyên veguherînê.
Heya nuha, bi îhtîmalek mezin ew e ku di veguhezerên motorê de, li dû OBC û DCDC, serîlêdanên mezin bi dest bixe.
Platforma voltaja 800V
Di platforma voltaja 800V de, avantaja frekansa bilind pargîdaniyan bêtir meyla hilbijartina çareseriya SiC-MOSFET dike. Ji ber vê yekê, piraniya plansaziya kontrola elektronîkî ya 800V ya heyî SiC-MOSFET.
Plansaziya asta platformê tê de yeE-GMP ya nûjen, GM Otenergy - zeviya hilgirtinê, Porsche PPE, û Tesla EPA.Ji xeynî modelên platforma Porsche PPE yên ku bi eşkere SiC-MOSFET nagirin (modela yekem IGBT-based silica ye), platformên din ên wesayîtan nexşeyên SiC-MOSFET qebûl dikin.
Platforma enerjiyê ya gerdûnî ya Ultra
Plansazkirina modela 800V bêtir e,marqeya Jiagirong Salonê Mezin, guhertoya Beiqi pole Fox S HI, gerîdeya îdeal S01 û W01, Xiaopeng G9, BMW NK1Changan Avita E11 got ku ew ê platforma 800V hilgire, ji bilî BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen jî di lêkolînê de teknolojiya 800V got.
Ji rewşa fermanên 800V ku ji hêla dabînkerên Tier1 ve hatî wergirtin,BorgWarner, Teknolojiya Wipai, ZF, Yekbûyî Electronics, û HuichuanHemî fermanên ajokera elektrîkê 800V ragihand.
Platforma voltaja 400V
Di platforma voltaja 400V de, SiC-MOSFET bi giranî di berçavgirtina hêza bilind û dendika hêzê û karîgeriya bilind de ye.
Mîna motora Tesla Model 3\Y ya ku nuha bi girseyî hatî hilberandin, hêza pez a motora BYD Hanhou bi qasî 200Kw e (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO jî dê hilberên SiC-MOSFET-ê ku ji ET7 dest pê dike bikar bîne. û ET5 ku dê paşê were navnîş kirin. Hêza herî bilind 240Kw (ET5 210Kw) ye.
Digel vê yekê, ji perspektîfa karbidestiya bilind, hin pargîdanî di heman demê de fersendiya lehiya alîkar a hilberên SiC-MOSFET jî dikolin.
Dema şandinê: Tîrmeh-08-2023
