सिलिकॉन-आधारित पॉवर सेमीकंडक्टरच्या तुलनेत, SiC (सिलिकॉन कार्बाइड) पॉवर सेमीकंडक्टरचे स्विचिंग फ्रिक्वेंसी, तोटा, उष्णता नष्ट होणे, लघुकरण इत्यादीमध्ये महत्त्वपूर्ण फायदे आहेत.
टेस्लाद्वारे सिलिकॉन कार्बाइड इनव्हर्टरच्या मोठ्या प्रमाणावर उत्पादनासह, अधिक कंपन्यांनी देखील सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादने उतरवण्यास सुरुवात केली आहे.
SiC खूप "आश्चर्यकारक" आहे, ते पृथ्वीवर कसे तयार केले गेले?आता अर्ज काय आहेत?बघूया!
०१ ☆ एका SiC चा जन्म
इतर पॉवर सेमीकंडक्टरप्रमाणे, SiC-MOSFET उद्योग साखळीचा समावेश होतोलांब क्रिस्टल – सब्सट्रेट – एपिटॅक्सी – डिझाइन – मॅन्युफॅक्चरिंग – पॅकेजिंग लिंक.
लांब क्रिस्टल
लांब क्रिस्टल लिंक दरम्यान, सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉनद्वारे वापरल्या जाणार्‍या टिरा पद्धतीच्या तयारीच्या विपरीत, सिलिकॉन कार्बाइड प्रामुख्याने भौतिक वायू वाहतूक पद्धत (पीव्हीटी, ज्याला सुधारित लाय किंवा सीड क्रिस्टल सबलिमेशन पद्धत असेही म्हणतात), उच्च तापमान रासायनिक वायू जमा करण्याची पद्धत (HTCVD) अवलंबते. ) पूरक.
☆ मुख्य पायरी
1. कार्बनिक घन कच्चा माल;
2. गरम केल्यानंतर, कार्बाइड घन गॅस बनते;
3. सीड क्रिस्टलच्या पृष्ठभागावर गॅस हलवा;
4. बीज क्रिस्टलच्या पृष्ठभागावर गॅस क्रिस्टलमध्ये वाढतो.
चित्र स्रोत: "पीव्हीटी ग्रोथ सिलिकॉन कार्बाइड वेगळे करण्यासाठी तांत्रिक बिंदू"
सिलिकॉन बेसच्या तुलनेत वेगवेगळ्या कारागिरीमुळे दोन मोठे नुकसान झाले आहे:
प्रथम, उत्पादन कठीण आहे आणि उत्पन्न कमी आहे.कार्बन-आधारित गॅस टप्प्याचे तापमान 2300 ° से वर वाढते आणि दाब 350MPa आहे.संपूर्ण गडद बॉक्स चालते, आणि अशुद्धता मध्ये मिसळणे सोपे आहे.उत्पादन सिलिकॉन बेस पेक्षा कमी आहे.व्यास जितका मोठा असेल तितके उत्पन्न कमी.
दुसरी मंद वाढ आहे.PVT पद्धतीचा कारभार अतिशय संथ आहे, वेग सुमारे 0.3-0.5mm/h आहे आणि तो 7 दिवसात 2cm वाढू शकतो.कमाल फक्त 3-5 सेमी वाढू शकते, आणि क्रिस्टल पिंडाचा व्यास बहुतेक 4 इंच आणि 6 इंच असतो.
सिलिकॉन-आधारित 72H 2-3m उंचीपर्यंत वाढू शकते, ज्याचा व्यास मुख्यतः 6 इंच आणि 12 इंचांसाठी 8-इंच नवीन उत्पादन क्षमता आहे.म्हणून, सिलिकॉन कार्बाइडला बर्‍याचदा क्रिस्टल इनगॉट म्हणतात आणि सिलिकॉन एक क्रिस्टल स्टिक बनते.
कार्बाइड सिलिकॉन क्रिस्टल इंगॉट्स
थर
लांब क्रिस्टल पूर्ण झाल्यानंतर, ते सब्सट्रेटच्या उत्पादन प्रक्रियेत प्रवेश करते.
लक्ष्यित कटिंग, ग्राइंडिंग (रफ ग्राइंडिंग, बारीक ग्राइंडिंग), पॉलिशिंग (मेकॅनिकल पॉलिशिंग), अल्ट्रा-प्रिसिजन पॉलिशिंग (केमिकल मेकॅनिकल पॉलिशिंग) केल्यानंतर, सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट प्राप्त होते.
सब्सट्रेट प्रामुख्याने खेळतोभौतिक आधार, थर्मल चालकता आणि चालकता यांची भूमिका.प्रक्रियेची अडचण अशी आहे की सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री उच्च, कुरकुरीत आणि रासायनिक गुणधर्मांमध्ये स्थिर आहे.म्हणून, पारंपारिक सिलिकॉन-आधारित प्रक्रिया पद्धती सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटसाठी योग्य नाहीत.
कटिंग इफेक्टची गुणवत्ता थेट सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादनांच्या कार्यक्षमतेवर आणि वापर कार्यक्षमतेवर (किंमत) प्रभावित करते, म्हणून ते लहान, एकसमान जाडी आणि कमी कटिंग असणे आवश्यक आहे.
सध्या,4-इंच आणि 6-इंच प्रामुख्याने मल्टी-लाइन कटिंग उपकरणे वापरतात,1 मिमी पेक्षा जास्त जाडी नसलेल्या सिलिकॉन क्रिस्टल्सचे पातळ तुकडे करणे.
मल्टी-लाइन कटिंग योजनाबद्ध आकृती
भविष्यात, कार्बनाइज्ड सिलिकॉन वेफर्सच्या आकारात वाढ झाल्यामुळे, सामग्रीच्या वापराच्या आवश्यकतांमध्ये वाढ होईल आणि लेझर स्लाइसिंग आणि कोल्ड सेपरेशन यासारख्या तंत्रज्ञानाचा देखील हळूहळू वापर केला जाईल.
2018 मध्ये, Infineon ने Siltectra GmbH विकत घेतले, ज्याने कोल्ड क्रॅकिंग म्हणून ओळखली जाणारी नाविन्यपूर्ण प्रक्रिया विकसित केली.
पारंपारिक मल्टी-वायर कटिंग प्रक्रियेच्या तुलनेत 1/4 चे नुकसान,कोल्ड क्रॅकिंग प्रक्रियेमुळे सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीचा फक्त 1/8 भाग गमावला.
विस्तार
सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री थेट सब्सट्रेटवर उर्जा उपकरणे बनवू शकत नसल्यामुळे, विस्तार स्तरावर विविध उपकरणे आवश्यक आहेत.
म्हणून, सब्सट्रेटचे उत्पादन पूर्ण झाल्यानंतर, विस्तार प्रक्रियेद्वारे सब्सट्रेटवर एक विशिष्ट एकल क्रिस्टल पातळ फिल्म वाढविली जाते.
सध्या, रासायनिक वायू जमा करण्याची पद्धत (CVD) प्रक्रिया प्रामुख्याने वापरली जाते.
रचना
सब्सट्रेट बनविल्यानंतर, ते उत्पादनाच्या डिझाइन स्टेजमध्ये प्रवेश करते.
MOSFET साठी, डिझाइन प्रक्रियेचा फोकस खोबणीचे डिझाइन आहे,एकीकडे पेटंटचे उल्लंघन टाळण्यासाठी(Infineon, Rohm, ST, इ.चे पेटंट लेआउट आहे) आणि दुसरीकडे तेउत्पादनक्षमता आणि उत्पादन खर्च पूर्ण करा.
वेफर फॅब्रिकेशन
उत्पादनाची रचना पूर्ण झाल्यानंतर, ते वेफर उत्पादनाच्या टप्प्यात प्रवेश करते,आणि ही प्रक्रिया साधारणतः सिलिकॉन सारखीच आहे, ज्यामध्ये प्रामुख्याने खालील 5 पायऱ्या आहेत.
☆पायरी 1: मास्क इंजेक्ट करा
सिलिकॉन ऑक्साईड (SiO2) फिल्मचा एक थर तयार केला जातो, फोटोरेसिस्ट लेपित केला जातो, फोटोरेसिस्ट पॅटर्न एकजिनसीकरण, एक्सपोजर, डेव्हलपमेंट इत्यादी पायऱ्यांद्वारे तयार केला जातो आणि आकृती ऑक्साईड फिल्ममध्ये एचिंग प्रक्रियेद्वारे हस्तांतरित केली जाते.
☆चरण 2: आयन रोपण
मुखवटा घातलेला सिलिकॉन कार्बाइड वेफर आयन इम्प्लांटरमध्ये ठेवला जातो, जेथे पी-टाइप डोपिंग झोन तयार करण्यासाठी अॅल्युमिनियम आयन इंजेक्ट केले जातात आणि इम्प्लांट केलेले अॅल्युमिनियम आयन सक्रिय करण्यासाठी अॅनिल केले जातात.
ऑक्साईड फिल्म काढून टाकली जाते, नायट्रोजन आयन पी-टाइप डोपिंग प्रदेशाच्या विशिष्ट प्रदेशात इंजेक्ट केले जातात जेणेकरुन ड्रेन आणि स्त्रोताचा एन-टाइप प्रवाहकीय प्रदेश तयार होतो आणि प्रत्यारोपित नायट्रोजन आयन त्यांना सक्रिय करण्यासाठी एनील केले जातात.
☆ पायरी 3: ग्रिड बनवा
ग्रिड बनवा.स्त्रोत आणि नाल्याच्या दरम्यानच्या भागात, गेट ऑक्साईड स्तर उच्च तापमानाच्या ऑक्सिडेशन प्रक्रियेद्वारे तयार केला जातो आणि गेट इलेक्ट्रोड स्तर गेट कंट्रोल स्ट्रक्चर तयार करण्यासाठी जमा केला जातो.
☆पायरी 4: पॅसिव्हेशन लेयर्स बनवणे
पॅसिव्हेशन लेयर बनवले जाते.इंटरइलेक्ट्रोड ब्रेकडाउन टाळण्यासाठी चांगल्या इन्सुलेशन वैशिष्ट्यांसह पॅसिव्हेशन लेयर जमा करा.
☆चरण 5: ड्रेन-स्रोत इलेक्ट्रोड बनवा
निचरा आणि स्त्रोत बनवा.पॅसिव्हेशन लेयर सच्छिद्र आहे आणि एक नाला आणि स्त्रोत तयार करण्यासाठी धातूचे थुंकले जाते.
फोटो स्रोत: Xinxi कॅपिटल
सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीच्या वैशिष्ट्यांमुळे प्रक्रिया पातळी आणि सिलिकॉन आधारित यांच्यात थोडा फरक असला तरी,आयन इम्प्लांटेशन आणि एनीलिंग उच्च तापमान वातावरणात करणे आवश्यक आहे(1600 डिग्री सेल्सियस पर्यंत), उच्च तापमान सामग्रीच्या जाळीच्या संरचनेवर परिणाम करेल आणि अडचण उत्पन्नावर देखील परिणाम करेल.
याव्यतिरिक्त, MOSFET घटकांसाठी,गेट ऑक्सिजनची गुणवत्ता थेट चॅनेल गतिशीलता आणि गेट विश्वासार्हतेवर परिणाम करते, कारण सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीमध्ये दोन प्रकारचे सिलिकॉन आणि कार्बन अणू असतात.
म्हणून, एक विशेष गेट मध्यम वाढीची पद्धत आवश्यक आहे (दुसरा मुद्दा म्हणजे सिलिकॉन कार्बाइड शीट पारदर्शक आहे आणि फोटोलिथोग्राफी स्टेजवर स्थिती संरेखन सिलिकॉनसाठी कठीण आहे).
वेफर मॅन्युफॅक्चरिंग पूर्ण झाल्यानंतर, वैयक्तिक चिप एका बेअर चिपमध्ये कापली जाते आणि हेतूनुसार पॅकेज केली जाऊ शकते.स्वतंत्र उपकरणांसाठी सामान्य प्रक्रिया म्हणजे TO पॅकेज.
TO-247 पॅकेजमध्ये 650V CoolSiC™ MOSFETs
फोटो: इन्फिनोन
ऑटोमोटिव्ह फील्डमध्ये उच्च शक्ती आणि उष्णता अपव्यय आवश्यकता असते आणि काहीवेळा थेट ब्रिज सर्किट्स (अर्धा ब्रिज किंवा पूर्ण ब्रिज, किंवा डायोडसह थेट पॅक केलेले) तयार करणे आवश्यक असते.
म्हणून, ते सहसा मॉड्यूल्स किंवा सिस्टममध्ये थेट पॅकेज केले जाते.एकाच मॉड्यूलमध्ये पॅकेज केलेल्या चिप्सच्या संख्येनुसार, सामान्य स्वरूप 1 मध्ये 1 (बोर्गवॉर्नर), 6 मध्ये 1 (इन्फिनोन) इत्यादी आहे आणि काही कंपन्या सिंगल-ट्यूब समांतर योजना वापरतात.
बोर्गवॉर्नर वाइपर
दुहेरी बाजूंनी पाणी थंड करणे आणि SiC-MOSFET चे समर्थन करते
Infineon CoolSiC™ MOSFET मॉड्यूल्स
सिलिकॉनच्या विपरीत,सिलिकॉन कार्बाइड मॉड्यूल्स उच्च तापमानावर, सुमारे 200 डिग्री सेल्सियस वर कार्य करतात.
पारंपारिक सॉफ्ट सोल्डर तापमान हळुवार बिंदू तापमान कमी आहे, तापमान आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही.म्हणून, सिलिकॉन कार्बाइड मॉड्यूल्स बहुतेक वेळा कमी-तापमान चांदीच्या सिंटरिंग वेल्डिंग प्रक्रियेचा वापर करतात.
मॉड्यूल पूर्ण झाल्यानंतर, ते भाग प्रणालीवर लागू केले जाऊ शकते.
टेस्ला मॉडेल 3 मोटर कंट्रोलर
बेअर चिप एसटी, स्वयं-विकसित पॅकेज आणि इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह सिस्टीममधून येते
☆02 SiC च्या अर्जाची स्थिती?
ऑटोमोटिव्ह क्षेत्रात, उर्जा उपकरणे प्रामुख्याने वापरली जातातDCDC, OBC, मोटर इनव्हर्टर, इलेक्ट्रिक एअर कंडिशनिंग इनव्हर्टर, वायरलेस चार्जिंग आणि इतर भागज्यासाठी AC/DC जलद रूपांतरण आवश्यक आहे (DCDC प्रामुख्याने जलद स्विच म्हणून कार्य करते).
फोटो: BorgWarner
सिलिकॉन-आधारित सामग्रीच्या तुलनेत, SIC सामग्रीमध्ये जास्त आहेगंभीर हिमस्खलन ब्रेकडाउन फील्ड ताकद(3×106V/सेमी),चांगली थर्मल चालकता(49W/mK) आणिविस्तीर्ण बँड अंतर(3.26eV).
बँड गॅप जितका विस्तीर्ण असेल तितकी गळती करंट कमी आणि कार्यक्षमता जास्त.थर्मल चालकता जितकी चांगली असेल तितकी वर्तमान घनता जास्त.गंभीर हिमस्खलन ब्रेकडाउन फील्ड जितके मजबूत असेल तितके डिव्हाइसचे व्होल्टेज प्रतिरोध सुधारले जाऊ शकते.
त्यामुळे, ऑन-बोर्ड हाय व्होल्टेजच्या क्षेत्रात, विद्यमान सिलिकॉन-आधारित IGBT आणि FRD संयोजन बदलण्यासाठी सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीद्वारे तयार केलेले MOSFETs आणि SBD प्रभावीपणे शक्ती आणि कार्यक्षमता सुधारू शकतात,विशेषत: उच्च वारंवारता अनुप्रयोग परिस्थितींमध्ये स्विचिंग नुकसान कमी करण्यासाठी.
सध्या, ओबीसी आणि डीसीडीसी नंतर, मोटार इनव्हर्टरमध्ये मोठ्या प्रमाणात अनुप्रयोग साध्य करण्याची शक्यता आहे.
800V व्होल्टेज प्लॅटफॉर्म
800V व्होल्टेज प्लॅटफॉर्ममध्ये, उच्च वारंवारतेचा फायदा एंटरप्राइजेसना SiC-MOSFET सोल्यूशन निवडण्यासाठी अधिक प्रवृत्त करतो.म्हणून, सध्याचे बहुतेक 800V इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण नियोजन SiC-MOSFET.
प्लॅटफॉर्म-स्तरीय नियोजन समाविष्ट आहेआधुनिक ई-जीएमपी, जीएम ओटेनर्जी – पिकअप फील्ड, पोर्श पीपीई आणि टेस्ला ईपीए.SIC-MOSFET (पहिले मॉडेल सिलिका-आधारित IGBT आहे) सोबत नसलेल्या पोर्श PPE प्लॅटफॉर्म मॉडेल्स वगळता, इतर वाहन प्लॅटफॉर्म SiC-MOSFET योजनांचा अवलंब करतात.
युनिव्हर्सल अल्ट्रा एनर्जी प्लॅटफॉर्म
800V मॉडेल नियोजन अधिक आहे,ग्रेट वॉल सलून ब्रँड जियागिरोंग, बेकी पोल फॉक्स एस एचआय आवृत्ती, आदर्श कार S01 आणि W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 ने सांगितले की ते 800V प्लॅटफॉर्म घेऊन जाईल, BYD व्यतिरिक्त, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag, Volkswagen देखील संशोधनात 800V तंत्रज्ञान म्हणाले.
Tier1 पुरवठादारांकडून मिळालेल्या 800V ऑर्डरच्या स्थितीवरून,BorgWarner, Wipai तंत्रज्ञान, ZF, युनायटेड इलेक्ट्रॉनिक्स, आणि Huichuanसर्व घोषणा 800V इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह ऑर्डर.
400V व्होल्टेज प्लॅटफॉर्म
400V व्होल्टेज प्लॅटफॉर्ममध्ये, SiC-MOSFET मुख्यत्वे उच्च शक्ती आणि उर्जा घनता आणि उच्च कार्यक्षमतेच्या विचारात आहे.
जसे की टेस्ला मॉडेल 3\Y मोटर जी आता मोठ्या प्रमाणात उत्पादित झाली आहे, BYD Hanhou मोटरची सर्वोच्च शक्ती सुमारे 200Kw आहे (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO देखील SiC-MOSFET7 उत्पादने वापरेल. आणि ET5 जे नंतर सूचीबद्ध केले जाईल.पीक पॉवर 240Kw (ET5 210Kw) आहे.
याशिवाय, उच्च कार्यक्षमतेच्या दृष्टीकोनातून, काही उपक्रम सहाय्यक फ्लडिंग SiC-MOSFET उत्पादनांची व्यवहार्यता देखील शोधत आहेत.
पोस्ट वेळ: जुलै-08-2023