Li gorî nîvconductorên hêzê yên li ser bingeha silîkonê, nîvconductorên hêzê yên SiC (silicon carbide) di frekansa guheztinê, windabûnê, belavkirina germê, piçûkkirinê û hwd de xwedî avantajên girîng in.
Bi hilberîna berfireh a veguherînerên karbîda silîkonê ji hêla Tesla ve, bêtir pargîdaniyan jî dest bi kirîna hilberên karbîda silîkonê kirine.
SiC ewqas "ecêb" e, çawa hatiye çêkirin? Niha sepandinên wê çi ne? Ka em bibînin!
01 ☆ Zayîna SiC-ê
Mîna nîvconductorên hêzê yên din, zincîra pîşesaziya SiC-MOSFET jî di nav de yegirêdana krîstala dirêj - substrat - epîtaksî - sêwirandin - çêkirin - pakkirin.
Krîstala dirêj
Di dema girêdana krîstal a dirêj de, berevajî amadekirina rêbaza Tira ya ku ji hêla silîkona krîstala yekane ve tê bikar anîn, karbîda silîkonê bi giranî rêbaza veguhastina gaza fîzîkî (PVT, ku wekî Lly ya pêşkeftî an jî rêbaza sublimasyona krîstala tovê jî tê zanîn) û pêvekên rêbaza depoya gaza kîmyewî ya germahiya bilind (HTCVD) bikar tîne.
☆ Gava bingehîn
1. Madeya xav a karbonîk a hişk;
2. Piştî germkirinê, madeya karbîdê ya hişk dibe gaz;
3. Gaz ber bi rûyê krîstala tov ve diçe;
4. Gaz li ser rûyê krîstala tov mezin dibe û dibe krîstal.
Çavkaniya wêneyê: "Xala Teknîkî ji bo jihevdexistina karbîda silîkonê ya mezinbûna PVT"
Çêkirina hunerî ya cuda li gorî bingeha silîkonê du dezavantajên mezin çêkiriye:
Pêşî, hilberîn dijwar e û berhem kêm e.Germahiya qonaxa gaza karbon-esasî ji 2300°C bilindtir dibe û zext jî 350MPa ye. Qutiya tarî bi tevahî tê derxistin û tevlihevkirina wê bi nepakiyan re hêsan e. Berhem ji bingeha silîkonê kêmtir e. Çiqas qûtra mezintir be, berhem ewqas kêmtir e.
Duyemîn mezinbûna hêdî ye.Rêbaza PVT pir hêdî ye, leza wê nêzîkî 0.3-0.5 mm/saetê ye, û di 7 rojan de dikare 2 cm mezin bibe. Herî zêde tenê dikare 3-5 cm mezin bibe, û qûtra îngota krîstal bi piranî 4 înç û 6 înç e.
72H ya li ser bingeha Sîlîkonê dikare bigihîje bilindahiya 2-3 metreyan, bi qûtra wê bi piranî 6 înç û kapasîteya hilberîna wê ya nû ya 8 înç ji bo 12 înçan e.Ji ber vê yekê, karbîda silîkonê pir caran wekî çîçek krîstal tê binavkirin, û silîkon jî dibe çîpek krîstal.
Qelpên krîstala silîkonê yên karbîdê
Bingeh
Piştî ku krîstala dirêj temam dibe, ew dikeve pêvajoya hilberîna substratê.
Piştî birîna hedefgirtî, hûrkirin (hûrkirina xur, hûrkirina nazik), cilkirin (cilkirina mekanîkî), cilkirina ultra-precision (cilkirina kîmyayî ya mekanîkî), substrata karbîda silîkonê tê bidestxistin.
Substrat bi giranî dilîzerola piştgiriya fîzîkî, germî û konduktîvîteyê.Zehmetiya pêvajoyê ew e ku madeya silicon carbide xwedî taybetmendiyên kîmyewî yên bilind, qermiçî û sabît e. Ji ber vê yekê, rêbazên pêvajoyê yên kevneşopî yên li ser bingeha silicon ji bo substrata silicon carbide ne guncaw in.
Kalîteya bandora birrînê rasterast bandorê li performans û karîgeriya bikaranînê (mesref) ya berhemên karbîda silîkonê dike, ji ber vê yekê pêdivî ye ku piçûk, qalindahiya yekreng, û birrîna kêm be.
Niha,4-inch û 6-inch bi giranî alavên birrîna pir-xêzî bikar tîne,birîna krîstalên silîkonê di perçeyên tenik de bi qalindahiya ku ji 1 mm zêdetir nebe.
Diyagrama şematîk a birîna pir-xêzî
Di pêşerojê de, bi zêdebûna mezinahiya waflên silîkonê yên karbonîzekirî re, dê zêdebûna hewcedariyên karanîna materyalan zêde bibe, û teknolojiyên wekî perçekirina lazer û veqetandina sar jî dê hêdî hêdî werin sepandin.
Di sala 2018an de, Infineon Siltectra GmbH kirî, ku pêvajoyek nûjen a bi navê crackinga sar pêşxist.
Li gorî windabûna pêvajoya birrîna pir-têl a kevneşopî ya 1/4,pêvajoya şikandina sar tenê 1/8 ji madeya karbîda silîkonê winda bû.
Dirêjkirinî
Ji ber ku materyalê karbîda silîkonê nikare cîhazên hêzê rasterast li ser substratê çêbike, li ser qata dirêjkirinê cîhazên cûrbecûr hewce ne.
Ji ber vê yekê, piştî ku hilberîna substratê qediya, fîlimek zirav a yek-krîstalî ya taybetî bi rêya pêvajoya dirêjkirinê li ser substratê tê çandin.
Niha, rêbaza depoya gaza kîmyewî (CVD) bi giranî tê bikar anîn.
Mînakkirin
Piştî ku substrat tê çêkirin, ew dikeve qonaxa sêwirana hilberê.
Ji bo MOSFET, mijara sereke ya pêvajoya sêwirandinê sêwirana groove ye,ji aliyekî ve ji bo dûrketina ji binpêkirina patentê(Infineon, Rohm, ST, hwd., nexşeya patentê hene), û ji aliyekî din ve jîlêçûnên çêkirinê û hilberînê bicîh bînin.
Çêkirina waferan
Piştî ku sêwirana hilberê qediya, ew dikeve qonaxa çêkirina waferê,û pêvajo bi qasî ya silîkonê ye, ku bi giranî 5 gavên jêrîn hene.
☆Gava 1: Maskê derzî bike
Çînek ji fîlma oksîda silîkonê (SiO2) tê çêkirin, fotoresîst tê pêçandin, qaliba fotoresîst bi gavên homojenîzekirin, eşkerekirin, pêşveçûn û hwd. tê çêkirin, û fîgur bi rêya pêvajoya gravurkirinê veguhezîne fîlma oksîdê.
☆Gava 2: Çandina îyonê
Wafla silîkon karbîdê ya maskekirî têxe nav împlantereke îyonan, li wir îyonên aluminiumê têne derzîkirin da ku herêmeke dopîngkirina tîpa P çêbibe, û têne germkirin da ku îyonên aluminiumê yên çandî çalak bibin.
Fîlma oksîdê tê rakirin, îyonên nîtrojenê têne şandin nav herêmeke taybetî ya herêma dopîngkirina tîpa-P da ku herêmeke guhêrbar a tîpa-N ya drenaj û çavkaniyê çêbibe, û îyonên nîtrojenê yên çandî têne germkirin da ku wan çalak bikin.
☆Gava 3: Torê çêke
Torê çêke. Li herêma di navbera çavkanî û boriyê de, qata oksîda derî bi pêvajoya oksîdasyona germahiya bilind tê amadekirin, û qata elektroda derî tê danîn da ku avahiya kontrola derî çêbike.
☆Gava 4: Çêkirina tebeqeyên pasîfîzasyonê
Çêkirina qata pasîvasyonê. Ji bo rêgirtina li têkçûna navbera elektrodan, qatek pasîvasyonê ya bi taybetmendiyên îzolekirinê yên baş tê danîn.
☆Gava 5: Elektrodên çavkaniya rijandinê çêbikin
Avdan û çavkaniyek çêbikin. Qata pasîvasyonê tê qulkirin û metal tê sputterkirin da ku avdan û çavkaniyek çêbibe.
Çavkaniya Wêne: Paytexta Xinxi
Her çend ji ber taybetmendiyên materyalên karbîda silîkonê, di navbera asta pêvajoyê û ya li ser bingeha silîkonê de cûdahiyek hindik hebe jî,Pêdivî ye ku çandina îyonan û germkirin di hawîrdorek germahiya bilind de were kirin(heta 1600 ° C), germahiya bilind dê bandorê li ser avahiya latîsê ya materyalê bixwe bike, û dijwarî dê bandorê li ser hilberînê jî bike.
Wekî din, ji bo pêkhateyên MOSFET,kalîteya oksîjena derî rasterast bandorê li tevgera kanalê û pêbaweriya derî dike., ji ber ku di madeya karbîda silîkonê de du celeb atomên silîkon û karbon hene.
Ji ber vê yekê, rêbazek mezinbûna navînî ya deriyê taybetî hewce ye (xalek din jî ev e ku pelê karbîda silîkonê şefaf e, û hevrêzkirina pozîsyonê li qonaxa fotolîtografiyê ji bo silîkonê dijwar e).
Piştî ku çêkirina waferê qediya, çîpa ferdî tê birîn û li gorî armancê tê pakêt kirin. Pêvajoya hevpar ji bo cîhazên cuda pakêtkirina TO ye.
MOSFETên 650V CoolSiC™ di pakêta TO-247 de
Wêne: Infineon
Qada otomobîlan pêdiviyên belavkirina hêz û germahiyê yên bilind hene, û carinan pêdivî ye ku rasterast devreyên piran werin çêkirin (nîv pir an pira tevahî, an rasterast bi dîyodan ve hatî pak kirin).
Ji ber vê yekê, ew pir caran rasterast di nav modul an pergalan de tê pakêt kirin. Li gorî hejmara çîpên ku di modulek yekane de hatine pakêt kirin, forma hevpar 1 di 1 de ye (BorgWarner), 6 di 1 de (Infineon), û hwd., û hin pargîdanî şemayek paralel a yek-lûleyî bikar tînin.
Marega Borgwarner
Piştgiriya sarbûna avê ya du alî û SiC-MOSFET dike
Modulên Infineon CoolSiC™ MOSFET
Berevajî silîkonê,Modulên karbîda silicon li germahiyek bilindtir, nêzîkî 200 ° C dixebitin.
Germahiya helandina lehimê nerm a kevneşopî nizm e, nikare pêdiviyên germahiyê bicîh bîne. Ji ber vê yekê, modulên karbîda silîkonê pir caran pêvajoya kaynakirina zîv a di germahiya nizm de bikar tînin.
Piştî ku modul qediya, ew dikare li ser pergala parçeyan were sepandin.
Kontrolkera motorê ya Tesla Model3
Çîpa tazî ji ST, pakêta xwe-pêşkeftî û pergala ajotina elektrîkê tê.
☆02 Rewşa serlêdana SiC?
Di sektora otomobîlan de, cîhazên elektrîkê bi piranî di nav otomobîlan de têne bikar anîn.DCDC, OBC, înverterên motorê, înverterên klîmayê yên elektrîkî, şarjkirina bêtêl û perçeyên dinku veguherîna bilez a AC/DC hewce dike (DCDC bi giranî wekî guhêzkerek bilez tevdigere).
Wêne: BorgWarner
Li gorî materyalên li ser bingeha silîkonê, materyalên SIC xwedî taybetmendiyên bilindtir in.hêza qada hilweşîna şepeyê ya krîtîk(3×106V/cm),guhêzbariya germî ya çêtir(49W/mK) ûvalahiya bendê ya berfirehtir(3.26eV).
Çiqas valahiya bendê firehtir be, herika rijandinê jî kêmtir dibe û karîgerî jî bilindtir dibe. Çiqas guhêzbariya germî baştir be, ewqas dendika herikê jî bilindtir dibe. Çiqas qada têkçûna şelaleyê ya krîtîk xurttir be, berxwedana voltaja cîhazê dikare were baştirkirin.
Ji ber vê yekê, di warê voltaja bilind a li ser wesayîtê de, MOSFET û SBD-yên ku ji hêla materyalên karbîda silîkonê ve têne amadekirin da ku li şûna kombînasyona IGBT û FRD-ya heyî ya li ser bingeha silîkonê werin bikar anîn, dikarin bi bandor hêz û karîgeriyê baştir bikin,bi taybetî di senaryoyên sepanên frekansa bilind de ji bo kêmkirina windahiyên guheztinê.
Niha, bi îhtîmaleke mezin dikare di înverterên motorê de serîlêdanên mezin werin bidestxistin, û piştre OBC û DCDC.
Platforma voltaja 800V
Di platforma voltaja 800V de, avantaja frekansa bilind dike ku pargîdanî bêtir meyla hilbijartina çareseriya SiC-MOSFET bikin. Ji ber vê yekê, piraniya plansaziya kontrola elektronîkî ya 800V ya heyî SiC-MOSFET e.
Plansaziya asta platformê dihewîneE-GMP ya nûjen, GM Otenergy - qada hilgirtinê, Porsche PPE, û Tesla EPA.Ji bilî modelên platforma Porsche PPE ku bi eşkereyî SiC-MOSFET hilnagirin (modela yekem IGBT-ya li ser bingeha silîkayê ye), platformên din ên wesayîtan şêwazên SiC-MOSFET dipejirînin.
Platforma enerjiya gerdûnî ya Ultra
Plankirina modela 800V bêtir e,marqeya Jiagirong a Salona Dîwarê Mezin, guhertoya Beiqi pole Fox S HI, otomobîla îdeal S01 û W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 got ku ew ê platforma 800V hilgire, ji bilî BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen jî got ku teknolojiya 800V di lêkolînê de ye.
Ji rewşa fermanên 800V yên ku ji hêla dabînkerên Tier1 ve hatine wergirtin,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, û Huichuanhemû fermanên ajotina elektrîkê ya 800V yên hatine ragihandin.
Platforma voltaja 400V
Di platforma voltaja 400V de, SiC-MOSFET bi piranî di berçavgirtina hêz û dendika hêzê û karîgeriya bilind de ye.
Wekî motora Tesla Model 3\Y ku niha bi girseyî tê hilberandin, hêza herî zêde ya motora BYD Hanhou nêzîkî 200Kw ye (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO dê hilberên SiC-MOSFET jî bikar bîne ku ji ET7 û ET5-ê dest pê dike ku dê paşê werin navnîş kirin. Hêza herî zêde 240Kw ye (ET5 210Kw).
Wekî din, ji perspektîfa karbidestiya bilind ve, hin pargîdanî jî li ser gengazkirina hilberên SiC-MOSFET ên lehiyê yên alîkar digerin.
Dema şandinê: Tîrmeh-08-2023
