Am Verglach mat Silizium-baséiert Kraaft Halbleiter, SiC (Siliciumkarbid) Kraaft Halbleiter hunn bedeitend Virdeeler beim Schaltfrequenz, Verloscht, Wärmevergëftung, Miniaturiséierung, etc.
Mat der grousser Produktioun vu Siliziumkarbid-Inverter vun Tesla, hunn méi Firmen och ugefaang Siliziumkarbidprodukter ze landen.
SiC ass sou "erstaunlech", wéi op der Äerd ass et gemaach?Wat sinn d'Applikatiounen elo?Mol kucken!
01 ☆ Gebuert vun engem SiC
Wéi aner Kraaft Hallefleit, enthält d'SiC-MOSFET Industriekettede laange Kristall - Substrat - Epitaxie - Design - Fabrikatioun - Verpackungslink.
Laang Kristall
Wärend der laanger Kristalllink, am Géigesaz zu der Virbereedung vun der Tira-Methode, déi vum Eenkristallsilizium benotzt gëtt, adoptéiert Siliziumkarbid haaptsächlech kierperlech Gastransportmethod (PVT, och bekannt als verbessert Lly oder Somkristallsublimatiounsmethod), Héichtemperaturchemesch Gasdepositiounsmethod (HTCVD) ) Supplementen.
☆ Kär Schrëtt
1. Kuelestoff fest Rohmaterial;
2. No der Erwiermung gëtt de Karbidfest zu Gas;
3. Gas réckelen op d'Uewerfläch vum Somkristall;
4. Gas wächst op der Uewerfläch vum Somkristall zu engem Kristall.
Bildquell: "Technesch Punkt fir PVT Wuesstum Siliziumkarbid ofzebauen"
Verschidden Handwierk huet zwee grouss Nodeeler am Verglach zu der Siliziumbasis verursaacht:
Als éischt ass d'Produktioun schwéier an d'Ausbezuelung ass niddereg.D'Temperatur vun der Kuelestoff-baséiert Gasphase wiisst iwwer 2300 ° C an den Drock ass 350 MPa.Déi ganz donkel Këscht gëtt duerchgefouert, an et ass einfach ze vermëschen an Gëftstoffer.D'Ausbezuelung ass manner wéi d'Siliziumbasis.Wat méi grouss den Duerchmiesser ass, dest manner d'Ausbezuelung.
Déi zweet ass lues Wuesstum.D'Gouvernance vun der PVT Method ass ganz lues, d'Geschwindegkeet ass ongeféier 0,3-0,5 mm / h, an et kann 2 cm a 7 Deeg wuessen.De Maximum kann nëmmen 3-5cm wuessen, an den Duerchmiesser vum Kristallstéck ass meeschtens 4 Zoll a 6 Zoll.
De Silicon-baséiert 72H kann op eng Héicht vun 2-3m wuessen, mat Duerchmiesser meeschtens 6 Zoll an 8 Zoll nei Produktiounskapazitéit fir 12 Zoll.Dofir gëtt Siliziumkarbid dacks Kristallstéck genannt, a Silizium gëtt e Kristallstéck.
Carbide Silizium Kristallstécker
Substrat
Nodeems de laange Kristall fäerdeg ass, geet et an de Produktiounsprozess vum Substrat.
No geziilten Ausschneiden, Schleifen (rau Schleifen, Feinschleifen), Polieren (mechanesch Polieren), Ultra-Präzisiounspoléieren (chemesch mechanesch Polieren), gëtt de Siliziumkarbid-Substrat kritt.
De Substrat spillt haaptsächlechd'Roll vun der kierperlecher Ënnerstëtzung, der thermescher Konduktivitéit an der Konduktivitéit.D'Schwieregkeet vun der Veraarbechtung ass datt de Siliziumkarbidmaterial héich, knusprech a stabil a chemeschen Eegeschaften ass.Dofir sinn traditionell Silizium-baséiert Veraarbechtungsmethoden net gëeegent fir Siliziumkarbidsubstrat.
D'Qualitéit vum Schneideffekt beaflosst direkt d'Performance an d'Notzungseffizienz (Käschte) vu Siliziumkarbidprodukter, sou datt et kleng ass, eenheetlech Dicke a geréng Schneiden.
Am Moment,4-Zoll a 6-Zoll benotzt haaptsächlech Multi-Linn Ausrüstung,Siliciumkristallen an dënn Scheiwen schneiden mat enger Dicke vun net méi wéi 1 mm.
Multi-Line Schneidschema Schema
An Zukunft, mat der Erhéijung vun der Gréisst vu karboniséierte Siliziumwafers, wäert d'Erhéijung vun de Materialverbrauchsanforderungen eropgoen, an Technologien wéi Laser-Schnëtt a kale Trennung ginn och no an no applizéiert.
Am Joer 2018 huet Infineon Siltectra GmbH opkaf, deen en innovative Prozess entwéckelt huet bekannt als Kältekrack.
Verglach mat der traditioneller Multi-Drot opzedeelen Prozess Verloscht vun 1/4,der kal knacken Prozess nëmmen verluer 1/8 vun der Silicon Carbide Material.
Erweiderung
Zënter dem Siliziumkarbidmaterial kann net Kraaftapparaten direkt op de Substrat maachen, sinn verschidden Apparater op der Verlängerungsschicht erfuerderlech.
Dofir, nodeems d'Produktioun vum Substrat ofgeschloss ass, gëtt e spezifeschen eenzegen Kristalldënnen Film op de Substrat duerch den Extensiounsprozess gewuess.
Am Moment gëtt haaptsächlech de chemesche Gasdepositiounsmethod (CVD) Prozess benotzt.
Design
Nodeems de Substrat gemaach ass, geet et an d'Produktdesignstadium.
Fir MOSFET ass de Fokus vum Designprozess den Design vun der Groove,engersäits Patentverletzung ze vermeiden(Infineon, Rohm, ST, etc., hunn Brevet Layout), an op der anerer Säit zetreffen d'Fabrikabilitéit an d'Fabrikatiounskäschte.
Wafer Fabrikatioun
Nodeems de Produktdesign fäerdeg ass, geet et an d'Waferfabrikatiounsstadium,an de Prozess ass ongeféier ähnlech wéi dee vum Silizium, deen haaptsächlech déi folgend 5 Schrëtt huet.
☆ Schrëtt 1: Sprëtzen d'Mask
Eng Schicht vu Siliziumoxid (SiO2) Film gëtt gemaach, de Photoresist ass beschichtet, de Photoresistmuster gëtt duerch d'Schrëtt vun der Homogeniséierung, der Belaaschtung, der Entwécklung, asw.
☆ Schrëtt 2: Ionimplantatioun
De maskéierte Siliziumkarbidwafer gëtt an en Ionimplanter plazéiert, wou Aluminiumionen injizéiert ginn fir eng P-Typ Dopingzon ze bilden, an annealéiert fir déi implantéiert Aluminiumionen ze aktivéieren.
Den Oxidfilm gëtt ofgeschaaft, Stickstoffione ginn an eng spezifesch Regioun vun der P-Typ Dopingregioun injizéiert fir eng N-Typ konduktiv Regioun vum Drain a Quell ze bilden, an déi implantéiert Stickstoffione ginn annealéiert fir se ze aktivéieren.
☆ Schrëtt 3: Maacht d'Gitter
Maacht d'Gitter.Am Beräich tëscht der Quell an Drain gëtt d'Gateoxidschicht duerch Héichtemperaturoxidatiounsprozess virbereet, an d'Gateelektrodeschicht gëtt deposéiert fir d'Gatekontrollstruktur ze bilden.
☆ Schrëtt 4: Passivéierungsschichten maachen
Passivatiounsschicht gëtt gemaach.Deposéiert eng Passivatiounsschicht mat gudden Isolatiounseigenschaften fir Interelektroden ze verhënneren.
☆ Schrëtt 5: Maacht Drain-Source Elektroden
Maacht Drain a Quell.D'Passivatiounsschicht ass perforéiert a Metall gëtt gesputtert fir en Drain an eng Quell ze bilden.
Foto Quell: Xinxi Capital
Och wann et wéineg Ënnerscheed tëscht dem Prozessniveau a Siliziumbaséiert ass, wéinst de Charakteristike vu Siliziumkarbidmaterialien,Ionimplantatioun an annealing muss an engem héich Temperatur Ëmfeld duerchgefouert ginn(bis zu 1600 ° C), héich Temperatur beaflosst d'Gitterstruktur vum Material selwer, an d'Schwieregkeet beaflosst och d'Ausbezuelung.
Zousätzlech, fir MOSFET Komponenten,d'Qualitéit vum Gate Sauerstoff beaflosst direkt d'Kanalmobilitéit an d'Gate Zouverlässegkeet, well et zwou Aarte vu Silizium a Kuelestoffatome am Siliziumkarbidmaterial sinn.
Dofir ass eng speziell Gate Medium Wuesstumsmethod erfuerderlech (e weidere Punkt ass datt d'Silisiumkarbidplack transparent ass, an d'Positiounsausrichtung an der Photolithographiestadium ass schwéier ze Silizium).
Nodeems d'Waferfabrikatioun ofgeschloss ass, gëtt den individuellen Chip an e bloe Chip geschnidden a kann no dem Zweck verpackt ginn.De gemeinsame Prozess fir diskret Apparater ass TO Package.
650V CoolSiC™ MOSFETs am TO-247 Package
Foto: Infineon
Den Autosfeld huet héich Kraaft- an Wärmevergëftungsfuerderungen, an heiansdo ass et néideg fir direkt Bréckkreesser ze bauen (hallef Bréck oder voll Bréck, oder direkt mat Dioden verpackt).
Dofir gëtt et dacks direkt a Moduler oder Systemer verpackt.No der Unzuel vun de Chips, déi an engem eenzege Modul verpackt sinn, ass déi gemeinsam Form 1 an 1 (BorgWarner), 6 an 1 (Infineon), etc., an e puer Firmen benotzen e Single-Tube parallel Schema.
Borgwarner Viper
Ënnerstëtzt doppelseiteg Waasserkillung a SiC-MOSFET
Infineon CoolSiC™ MOSFET Moduler
Am Géigesaz zu Silizium,Siliziumkarbidmoduler funktionnéieren bei enger méi héijer Temperatur, ongeféier 200 ° C.
Traditionell mëll solder Temperatur Schmelzpunkt Temperatur ass niddereg, kann net der Temperatur Ufuerderunge treffen.Dofir benotze Siliziumkarbidmoduler dacks niddereg-Temperatur Sëlwer-Sinterschweißprozess.
Nodeems de Modul fäerdeg ass, kann et op den Deelsystem applizéiert ginn.
Tesla Model3 Motorcontroller
D'bloe Chip kënnt aus ST, Self-entwéckelt Pak an elektresch fueren System
☆02 Uwendungsstatus vu SiC?
Am Autosfeld gi Kraaftapparater haaptsächlech benotzt anDCDC, OBC, Motor inverters, elektresch Klimaanlag inverters, drahtlose Opluedstatiounen an aner Deelerdéi AC / DC séier Konversioun erfuerderen (DCDC handelt haaptsächlech als séier Schalter).
Foto: BorgWarner
Am Verglach mat Silizium-baséiert Materialien hunn SIC Materialien méi héichkritesch Lawinen Decompte Feldstäerkt(3×106V/cm),besser thermesch Konduktivitéit(49W/mK) anméi breet Band Spalt(3.26 eV).
Wat méi breet de Bandspalt, dest méi kleng ass de Leckstroum a wat méi héich d'Effizienz.Wat besser d'thermesch Konduktivitéit ass, wat méi héich ass d'Stroumdicht.Wat méi staark de kriteschen Lawin Decompte Feld ass, kann d'Spannungsresistenz vum Apparat verbessert ginn.
Dofir, am Beräich vun der Bord Héichspannung, MOSFETs a SBD virbereet vu Siliziumkarbidmaterialien fir déi existent Siliziumbaséiert IGBT a FRD Kombinatioun ze ersetzen kënnen effektiv d'Kraaft an d'Effizienz verbesseren,besonnesch an héich Frequenz Applikatioun Szenarie schalt Verloschter reduzéieren.
Am Moment ass et héchstwahrscheinlech fir grouss Skala Uwendungen a Motorinverter z'erreechen, gefollegt vun OBC an DCDC.
800V Volt Plattform
An der 800V Spannungsplattform mécht de Virdeel vun der Héichfrequenz Entreprisen méi geneigt fir SiC-MOSFET Léisung ze wielen.Dofir, déi meescht vun der aktueller 800V elektronesch Kontroll Planung SiC-MOSFET.
Plattform-Niveau Planung enthältmodern E-GMP, GM Otenergy - Pickup Feld, Porsche PPE, an Tesla EPA.Ausser fir Porsche PPE Plattform Modeller déi net explizit SiC-MOSFET droen (den éischte Modell ass Silica-baséiert IGBT), aner Gefierplattformen adoptéieren SiC-MOSFET Schemaen.
Universal Ultra Energie Plattform
800V Modellplanung ass méi,der Great Wall Salon Mark Jiagirong, Beiqi Pole Fox S HI Versioun, ideal Auto S01 an W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 gesot datt et 800V Plattform droen wäert, Nieft BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, null Run, FAW Red Fändel, Volkswagen sot och 800V Technologie an der Fuerschung.
Vun der Situatioun vun 800V Bestellunge kritt vun Tier1 Fournisseuren,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, an Huichuanall ugekënnegt 800V elektresch fueren Uerder.
400V Volt Plattform
An der 400V Spannungsplattform ass SiC-MOSFET haaptsächlech an der Berücksichtegung vu héijer Kraaft a Kraaftdicht an héich Effizienz.
Wéi den Tesla Model 3\Y Motor deen elo masseproduzéiert gouf, ass d'Peakkraaft vum BYD Hanhou Motor ongeféier 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO wäert och SiC-MOSFET Produkter benotzen ab ET7 an der ET5 déi spéider opgezielt gëtt.Peak Muecht ass 240Kw (ET5 210Kw).
Zousätzlech, aus der Perspektiv vun héijer Effizienz, ënnersicht e puer Entreprisen och d'Machbarkeet vun Hëllefsiwwerschwemmungs SiC-MOSFET Produkter.
Post Zäit: Jul-08-2023