SiC ఎందుకు "దైవమైనది"?

సిలికాన్ ఆధారిత పవర్ సెమీకండక్టర్లతో పోలిస్తే, SiC (సిలికాన్ కార్బైడ్) పవర్ సెమీకండక్టర్లు మారడం ఫ్రీక్వెన్సీ, నష్టం, వేడి వెదజల్లడం, సూక్ష్మీకరణ మొదలైన వాటిలో గణనీయమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి.

టెస్లా ద్వారా సిలికాన్ కార్బైడ్ ఇన్వర్టర్‌లను పెద్ద ఎత్తున ఉత్పత్తి చేయడంతో, మరిన్ని కంపెనీలు కూడా సిలికాన్ కార్బైడ్ ఉత్పత్తులను ల్యాండ్ చేయడం ప్రారంభించాయి.

SiC చాలా "అద్భుతమైనది", ఇది భూమిపై ఎలా తయారు చేయబడింది? ఇప్పుడు దరఖాస్తులు ఏమిటి? చూద్దాం!

01 ☆ ఒక SiC జననం

ఇతర పవర్ సెమీకండక్టర్ల వలె, SiC-MOSFET పరిశ్రమ గొలుసును కలిగి ఉంటుందిపొడవైన క్రిస్టల్ - సబ్‌స్ట్రేట్ - ఎపిటాక్సీ - డిజైన్ - మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్ - ప్యాకేజింగ్ లింక్. 

పొడవైన క్రిస్టల్

పొడవైన క్రిస్టల్ లింక్ సమయంలో, సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ ఉపయోగించే తీరా పద్ధతి తయారీకి భిన్నంగా, సిలికాన్ కార్బైడ్ ప్రధానంగా భౌతిక వాయువు రవాణా పద్ధతిని అవలంబిస్తుంది (PVT, మెరుగైన లిల్లీ లేదా సీడ్ క్రిస్టల్ సబ్లిమేషన్ పద్ధతి అని కూడా పిలుస్తారు), అధిక ఉష్ణోగ్రత రసాయన వాయువు నిక్షేపణ పద్ధతి ( HTCVD ) సప్లిమెంట్స్.

☆ ప్రధాన దశ

1. కార్బోనిక్ ఘన ముడి పదార్థం;

2. వేడిచేసిన తరువాత, కార్బైడ్ ఘన వాయువు అవుతుంది;

3. సీడ్ క్రిస్టల్ యొక్క ఉపరితలంపై గ్యాస్ తరలింపు;

4. విత్తన స్ఫటికం యొక్క ఉపరితలంపై గ్యాస్ స్ఫటికంగా పెరుగుతుంది.

చిత్ర మూలం: “PVT గ్రోత్ సిలికాన్ కార్బైడ్‌ను విడదీయడానికి సాంకేతిక పాయింట్”

సిలికాన్ బేస్‌తో పోల్చితే విభిన్న హస్తకళ రెండు ప్రధాన ప్రతికూలతలకు కారణమైంది:

మొదటిది, ఉత్పత్తి కష్టం మరియు దిగుబడి తక్కువగా ఉంటుంది.కార్బన్ ఆధారిత వాయువు దశ యొక్క ఉష్ణోగ్రత 2300 ° C పైన పెరుగుతుంది మరియు పీడనం 350MPa. మొత్తం చీకటి పెట్టె నిర్వహించబడుతుంది మరియు మలినాలను కలపడం సులభం. సిలికాన్ బేస్ కంటే దిగుబడి తక్కువగా ఉంటుంది. పెద్ద వ్యాసం, తక్కువ దిగుబడి.

రెండవది నెమ్మదిగా పెరుగుదల.PVT పద్ధతి యొక్క గవర్నెన్స్ చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది, వేగం 0.3-0.5mm/h ఉంటుంది మరియు ఇది 7 రోజుల్లో 2cm పెరుగుతుంది. గరిష్టంగా 3-5cm మాత్రమే పెరుగుతుంది మరియు క్రిస్టల్ కడ్డీ యొక్క వ్యాసం ఎక్కువగా 4 అంగుళాలు మరియు 6 అంగుళాలు ఉంటుంది.

సిలికాన్-ఆధారిత 72H 2-3మీటర్ల ఎత్తుకు పెరుగుతుంది, వ్యాసం ఎక్కువగా 6 అంగుళాలు మరియు 8-అంగుళాల కొత్త ఉత్పత్తి సామర్థ్యం 12 అంగుళాలు.అందువల్ల, సిలికాన్ కార్బైడ్‌ను తరచుగా క్రిస్టల్ కడ్డీ అని పిలుస్తారు మరియు సిలికాన్ ఒక క్రిస్టల్ స్టిక్ అవుతుంది.

కార్బైడ్ సిలికాన్ క్రిస్టల్ కడ్డీలు

సబ్‌స్ట్రేట్

పొడవైన క్రిస్టల్ పూర్తయిన తర్వాత, అది ఉపరితలం యొక్క ఉత్పత్తి ప్రక్రియలోకి ప్రవేశిస్తుంది.

లక్ష్య కట్టింగ్, గ్రౌండింగ్ (రఫ్ గ్రౌండింగ్, ఫైన్ గ్రైండింగ్), పాలిషింగ్ (మెకానికల్ పాలిషింగ్), అల్ట్రా-ప్రెసిషన్ పాలిషింగ్ (కెమికల్ మెకానికల్ పాలిషింగ్) తర్వాత, సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ పొందబడుతుంది.

సబ్‌స్ట్రేట్ ప్రధానంగా ఆడుతుందిభౌతిక మద్దతు, ఉష్ణ వాహకత మరియు వాహకత పాత్ర.ప్రాసెసింగ్ యొక్క కష్టం ఏమిటంటే సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థం అధిక, మంచిగా పెళుసైన మరియు రసాయన లక్షణాలలో స్థిరంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, సాంప్రదాయ సిలికాన్-ఆధారిత ప్రాసెసింగ్ పద్ధతులు సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌కు తగినవి కావు.

కట్టింగ్ ప్రభావం యొక్క నాణ్యత నేరుగా సిలికాన్ కార్బైడ్ ఉత్పత్తుల పనితీరు మరియు వినియోగ సామర్థ్యం (ఖర్చు)ని ప్రభావితం చేస్తుంది, కాబట్టి ఇది చిన్న, ఏకరీతి మందం మరియు తక్కువ కట్టింగ్ అవసరం.

ప్రస్తుతం,4-అంగుళాలు మరియు 6-అంగుళాలు ప్రధానంగా బహుళ-లైన్ కట్టింగ్ పరికరాలను ఉపయోగిస్తాయి,1mm కంటే ఎక్కువ మందంతో సిలికాన్ స్ఫటికాలను సన్నని ముక్కలుగా కత్తిరించడం.

బహుళ-లైన్ కట్టింగ్ స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

భవిష్యత్తులో, కార్బోనైజ్డ్ సిలికాన్ పొరల పరిమాణం పెరుగుదలతో, పదార్థ వినియోగ అవసరాల పెరుగుదల పెరుగుతుంది మరియు లేజర్ స్లైసింగ్ మరియు కోల్డ్ సెపరేషన్ వంటి సాంకేతికతలు కూడా క్రమంగా వర్తించబడతాయి.

2018లో, ఇన్ఫినియన్ సిల్టెక్ట్రా GmbHని కొనుగోలు చేసింది, ఇది కోల్డ్ క్రాకింగ్ అని పిలువబడే ఒక వినూత్న ప్రక్రియను అభివృద్ధి చేసింది.

1/4 సంప్రదాయ మల్టీ-వైర్ కట్టింగ్ ప్రక్రియ నష్టంతో పోలిస్తే,కోల్డ్ క్రాకింగ్ ప్రక్రియ 1/8 సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థాన్ని మాత్రమే కోల్పోయింది.

పొడిగింపు

సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థం నేరుగా సబ్‌స్ట్రేట్‌పై పవర్ పరికరాలను తయారు చేయలేనందున, పొడిగింపు పొరపై వివిధ పరికరాలు అవసరం.

అందువల్ల, సబ్‌స్ట్రేట్ ఉత్పత్తి పూర్తయిన తర్వాత, పొడిగింపు ప్రక్రియ ద్వారా ఉపరితలంపై నిర్దిష్ట సింగిల్ క్రిస్టల్ థిన్ ఫిల్మ్‌ను పెంచుతారు.

ప్రస్తుతం, రసాయన వాయువు నిక్షేపణ పద్ధతి (CVD) ప్రక్రియ ప్రధానంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

డిజైన్

ఉపరితలం తయారు చేసిన తర్వాత, అది ఉత్పత్తి రూపకల్పన దశలోకి ప్రవేశిస్తుంది.

MOSFET కోసం, డిజైన్ ప్రక్రియ యొక్క దృష్టి గాడి రూపకల్పన,పేటెంట్ ఉల్లంఘనను నివారించడానికి ఒక వైపు(ఇన్ఫినియన్, రోమ్, ST, మొదలైనవి, పేటెంట్ లేఅవుట్ కలిగి ఉన్నాయి), మరియు మరోవైపుఉత్పాదకత మరియు తయారీ ఖర్చులను తీర్చండి.

పొర తయారీ

ఉత్పత్తి రూపకల్పన పూర్తయిన తర్వాత, అది పొర తయారీ దశలోకి ప్రవేశిస్తుంది,మరియు ప్రక్రియ దాదాపుగా సిలికాన్‌తో సమానంగా ఉంటుంది, ఇది ప్రధానంగా క్రింది 5 దశలను కలిగి ఉంటుంది.

☆దశ 1: మాస్క్‌ని ఇంజెక్ట్ చేయండి

సిలికాన్ ఆక్సైడ్ (SiO2) ఫిల్మ్ పొర తయారు చేయబడింది, ఫోటోరేసిస్ట్ పూత పూయబడింది, ఫోటోరేసిస్ట్ నమూనా సజాతీయత, బహిర్గతం, అభివృద్ధి మొదలైన దశల ద్వారా ఏర్పడుతుంది మరియు ఎచింగ్ ప్రక్రియ ద్వారా ఫిగర్ ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్‌కి బదిలీ చేయబడుతుంది.

☆దశ 2: అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్

ముసుగు సిలికాన్ కార్బైడ్ పొరను అయాన్ ఇంప్లాంటర్‌లో ఉంచారు, ఇక్కడ అల్యూమినియం అయాన్‌లు P-రకం డోపింగ్ జోన్‌ను ఏర్పరచడానికి ఇంజెక్ట్ చేయబడతాయి మరియు అమర్చిన అల్యూమినియం అయాన్‌లను సక్రియం చేయడానికి ఎనియల్ చేయబడతాయి.

ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్ తీసివేయబడుతుంది, నత్రజని అయాన్లు P-రకం డోపింగ్ ప్రాంతంలోని ఒక నిర్దిష్ట ప్రాంతంలోకి ఇంజెక్ట్ చేయబడి, కాలువ మరియు మూలం యొక్క N-రకం వాహక ప్రాంతాన్ని ఏర్పరుస్తాయి మరియు వాటిని సక్రియం చేయడానికి అమర్చిన నత్రజని అయాన్లు ఎనియల్ చేయబడతాయి.

☆దశ 3: గ్రిడ్‌ను తయారు చేయండి

గ్రిడ్ చేయండి. మూలం మరియు కాలువ మధ్య ప్రాంతంలో, గేట్ ఆక్సైడ్ పొర అధిక ఉష్ణోగ్రత ఆక్సీకరణ ప్రక్రియ ద్వారా తయారు చేయబడుతుంది మరియు గేట్ నియంత్రణ నిర్మాణాన్ని రూపొందించడానికి గేట్ ఎలక్ట్రోడ్ పొర జమ చేయబడుతుంది.

☆దశ 4: పాసివేషన్ లేయర్‌లను తయారు చేయడం

నిష్క్రియ పొర తయారు చేయబడింది. ఇంటర్‌ఎలక్ట్రోడ్ బ్రేక్‌డౌన్‌ను నివారించడానికి మంచి ఇన్సులేషన్ లక్షణాలతో పాసివేషన్ లేయర్‌ను జమ చేయండి.

☆దశ 5: డ్రెయిన్-సోర్స్ ఎలక్ట్రోడ్‌లను తయారు చేయండి

కాలువ మరియు మూలం చేయండి. పాసివేషన్ పొర చిల్లులు మరియు లోహాన్ని చిమ్మి కాలువ మరియు మూలంగా ఏర్పరుస్తుంది.

ఫోటో మూలం: Xinxi క్యాపిటల్

సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థాల లక్షణాల కారణంగా ప్రాసెస్ స్థాయి మరియు సిలికాన్ ఆధారిత మధ్య చాలా తక్కువ వ్యత్యాసం ఉన్నప్పటికీ,అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ మరియు ఎనియలింగ్ అధిక ఉష్ణోగ్రత వాతావరణంలో నిర్వహించాల్సిన అవసరం ఉంది(1600 ° C వరకు), అధిక ఉష్ణోగ్రత పదార్థం యొక్క లాటిస్ నిర్మాణాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది మరియు కష్టం దిగుబడిని కూడా ప్రభావితం చేస్తుంది.

అదనంగా, MOSFET భాగాల కోసం,గేట్ ఆక్సిజన్ నాణ్యత నేరుగా ఛానెల్ కదలిక మరియు గేట్ విశ్వసనీయతను ప్రభావితం చేస్తుంది, ఎందుకంటే సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థంలో రెండు రకాల సిలికాన్ మరియు కార్బన్ అణువులు ఉన్నాయి.

అందువల్ల, ఒక ప్రత్యేక గేట్ మీడియం పెరుగుదల పద్ధతి అవసరం (మరొక పాయింట్ ఏమిటంటే సిలికాన్ కార్బైడ్ షీట్ పారదర్శకంగా ఉంటుంది మరియు ఫోటోలిథోగ్రఫీ దశలో స్థాన అమరిక సిలికాన్‌కు కష్టంగా ఉంటుంది).

పొర తయారీ పూర్తయిన తర్వాత, వ్యక్తిగత చిప్‌ను బేర్ చిప్‌గా కట్ చేసి ప్రయోజనం ప్రకారం ప్యాక్ చేయవచ్చు. వివిక్త పరికరాల కోసం సాధారణ ప్రక్రియ TO ప్యాకేజీ.

TO-247 ప్యాకేజీలో 650V CoolSiC™ MOSFETలు

ఫోటో: ఇన్ఫినియన్

ఆటోమోటివ్ ఫీల్డ్ అధిక శక్తి మరియు వేడి వెదజల్లడానికి అవసరాలను కలిగి ఉంటుంది మరియు కొన్నిసార్లు నేరుగా వంతెన సర్క్యూట్‌లను (సగం వంతెన లేదా పూర్తి వంతెన లేదా నేరుగా డయోడ్‌లతో ప్యాక్ చేయడం) నిర్మించడం అవసరం.

అందువల్ల, ఇది తరచుగా నేరుగా మాడ్యూల్స్ లేదా సిస్టమ్‌లలోకి ప్యాక్ చేయబడుతుంది. ఒకే మాడ్యూల్‌లో ప్యాక్ చేయబడిన చిప్‌ల సంఖ్య ప్రకారం, సాధారణ రూపం 1 ఇన్ 1 (బోర్గ్‌వార్నర్), 6 ఇన్ 1 (ఇన్ఫినియన్) మొదలైనవి, మరియు కొన్ని కంపెనీలు ఒకే-ట్యూబ్ సమాంతర పథకాన్ని ఉపయోగిస్తాయి.

బోర్గ్వార్నర్ వైపర్

ద్విపార్శ్వ నీటి శీతలీకరణ మరియు SiC-MOSFETకి మద్దతు ఇస్తుంది

Infineon CoolSiC™ MOSFET మాడ్యూల్స్

సిలికాన్ కాకుండా,సిలికాన్ కార్బైడ్ మాడ్యూల్స్ అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద, సుమారు 200 ° C వద్ద పనిచేస్తాయి.

సాంప్రదాయ మృదువైన టంకము ఉష్ణోగ్రత మెల్టింగ్ పాయింట్ ఉష్ణోగ్రత తక్కువగా ఉంటుంది, ఉష్ణోగ్రత అవసరాలను తీర్చలేము. అందువల్ల, సిలికాన్ కార్బైడ్ మాడ్యూల్స్ తరచుగా తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత వెండి సింటరింగ్ వెల్డింగ్ ప్రక్రియను ఉపయోగిస్తాయి.

మాడ్యూల్ పూర్తయిన తర్వాత, అది భాగాల వ్యవస్థకు వర్తించవచ్చు.

టెస్లా మోడల్3 మోటార్ కంట్రోలర్

బేర్ చిప్ ST, స్వీయ-అభివృద్ధి చెందిన ప్యాకేజీ మరియు ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ సిస్టమ్ నుండి వస్తుంది

☆02 SiC యొక్క అప్లికేషన్ స్థితి?

ఆటోమోటివ్ రంగంలో, పవర్ పరికరాలు ప్రధానంగా ఉపయోగించబడతాయిDCDC, OBC, మోటార్ ఇన్వర్టర్లు, ఎలక్ట్రిక్ ఎయిర్ కండిషనింగ్ ఇన్వర్టర్లు, వైర్‌లెస్ ఛార్జింగ్ మరియు ఇతర భాగాలుదానికి AC/DC ఫాస్ట్ కన్వర్షన్ అవసరం (DCDC ప్రధానంగా ఫాస్ట్ స్విచ్‌గా పనిచేస్తుంది).

ఫోటో: బోర్గ్వార్నర్

సిలికాన్ ఆధారిత పదార్థాలతో పోలిస్తే, SIC పదార్థాలు ఎక్కువగా ఉంటాయిక్లిష్టమైన హిమపాతం విచ్ఛిన్నం ఫీల్డ్ బలం(3×106V/సెం),మెరుగైన ఉష్ణ వాహకత(49W/mK) మరియువిస్తృత బ్యాండ్ గ్యాప్(3.26eV)

విస్తృత బ్యాండ్ గ్యాప్, చిన్న లీకేజ్ కరెంట్ మరియు అధిక సామర్థ్యం. మంచి ఉష్ణ వాహకత, ప్రస్తుత సాంద్రత ఎక్కువ. క్లిష్టమైన హిమపాతం బ్రేక్‌డౌన్ ఫీల్డ్ ఎంత బలంగా ఉంటే, పరికరం యొక్క వోల్టేజ్ నిరోధకతను మెరుగుపరచవచ్చు.

అందువల్ల, ఆన్-బోర్డ్ హై వోల్టేజ్ రంగంలో, ఇప్పటికే ఉన్న సిలికాన్-ఆధారిత IGBT మరియు FRD కలయికను భర్తీ చేయడానికి సిలికాన్ కార్బైడ్ పదార్థాలచే తయారు చేయబడిన MOSFETలు మరియు SBDలు శక్తి మరియు సామర్థ్యాన్ని సమర్థవంతంగా మెరుగుపరుస్తాయి,ప్రత్యేకించి అధిక పౌనఃపున్య అప్లికేషన్ దృశ్యాలలో మారే నష్టాలను తగ్గించడానికి.

ప్రస్తుతం, మోటారు ఇన్వర్టర్లలో పెద్ద ఎత్తున అప్లికేషన్లు సాధించే అవకాశం ఉంది, తర్వాత OBC మరియు DCDC ఉన్నాయి.

800V వోల్టేజ్ ప్లాట్‌ఫారమ్

800V వోల్టేజ్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌లో, అధిక పౌనఃపున్యం యొక్క ప్రయోజనం సంస్థలను SiC-MOSFET పరిష్కారాన్ని ఎంచుకోవడానికి మరింత మొగ్గు చూపుతుంది. అందువల్ల, ప్రస్తుత 800V ఎలక్ట్రానిక్ నియంత్రణ ప్రణాళికలో చాలా వరకు SiC-MOSFET.

ప్లాట్‌ఫారమ్-స్థాయి ప్రణాళికను కలిగి ఉంటుందిఆధునిక E-GMP, GM Otenergy - పికప్ ఫీల్డ్, పోర్స్చే PPE మరియు టెస్లా EPA.SiC-MOSFET (మొదటి మోడల్ సిలికా-ఆధారిత IGBT)ని కలిగి ఉండని పోర్షే PPE ప్లాట్‌ఫారమ్ మోడల్‌లు తప్ప, ఇతర వాహన ప్లాట్‌ఫారమ్‌లు SiC-MOSFET పథకాలను అనుసరిస్తాయి.

యూనివర్సల్ అల్ట్రా ఎనర్జీ ప్లాట్‌ఫారమ్

800V మోడల్ ప్లానింగ్ ఎక్కువ,గ్రేట్ వాల్ సలోన్ బ్రాండ్ జియాగిరోంగ్, బీకి పోల్ ఫాక్స్ S HI వెర్షన్, ఆదర్శ కారు S01 మరియు W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, చంగాన్ Avita E11 ఇది 800V ప్లాట్‌ఫారమ్‌ను తీసుకువెళుతుందని, BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW రెడ్ ఫ్లాగ్‌తో పాటు 800V టెక్నాలజీని కూడా కలిగి ఉంటుందని ఫోక్స్‌వ్యాగన్ పరిశోధనలో తెలిపింది.

Tier1 సరఫరాదారులు పొందిన 800V ఆర్డర్‌ల పరిస్థితి నుండి,BorgWarner, Wipai టెక్నాలజీ, ZF, యునైటెడ్ ఎలక్ట్రానిక్స్, మరియు Huichuanఅన్నీ 800V ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ ఆర్డర్‌లను ప్రకటించాయి.

400V వోల్టేజ్ ప్లాట్‌ఫారమ్

400V వోల్టేజ్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌లో, SiC-MOSFET ప్రధానంగా అధిక శక్తి మరియు శక్తి సాంద్రత మరియు అధిక సామర్థ్యాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటుంది.

ప్రస్తుతం భారీ స్థాయిలో ఉత్పత్తి చేయబడిన టెస్లా మోడల్ 3\Y మోటార్ వంటి, BYD హన్‌హౌ మోటార్ యొక్క గరిష్ట శక్తి దాదాపు 200Kw (టెస్లా 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO కూడా SiC-MOSFET ఉత్పత్తులను ఉపయోగిస్తుంది. మరియు ET5 తరువాత జాబితా చేయబడుతుంది. గరిష్ట శక్తి 240Kw (ET5 210Kw).

అదనంగా, అధిక సామర్థ్యం యొక్క కోణం నుండి, కొన్ని సంస్థలు సహాయక వరదలు SiC-MOSFET ఉత్పత్తుల సాధ్యాసాధ్యాలను కూడా అన్వేషిస్తున్నాయి.