I gcomparáid le leathsheoltóirí cumhachta bunaithe ar sileacan, tá buntáistí suntasacha ag leathsheoltóirí cumhachta SiC (carbaíd sileacain) maidir le minicíocht lasctha, caillteanas, diomailt teasa, miondealú, etc.
Le táirgeadh mórscála inverters sileacain charbaíde ag Tesla, tá níos mó cuideachtaí tosaithe ag tabhairt táirgí sileacain charbaíde i dtír freisin.
Tá SiC chomh “iontach”, conas ar domhan a rinneadh é? Cad iad na feidhmeanna atá ann anois? Feicfimid!
01 ☆ Breith SiC
Cosúil le leathsheoltóirí cumhachta eile, áirítear sa slabhra tionscail SiC-MOSFETan nasc criostail fhada – foshraith – eipeitacsas – dearadh – monarú – pacáistiú.
Criostal fada
Le linn an nasc criostail fhada, murab ionann agus an modh ullmhúcháin Tira a úsáidtear le haghaidh sileacain criostail aonair, glacann cairbíd sileacain den chuid is mó le modh iompair gáis fhisiciúil (PVT, ar a dtugtar Lly feabhsaithe nó modh sublimation criostail síl freisin), agus modh taiscthe gáis cheimicigh ardteochta (HTCVD).
☆ Céim lárnach
1. Amhábhar soladach carbónach;
2. Tar éis téimh, bíonn an soladach cairbíde ina ghás;
3. Bogann gás go dtí dromchla an chriostail síl;
4. Fásann gás ar dhromchla an chriostail síl ina chriostal.
Foinse pictiúr: “Pointe teicniúil chun carbide sileacain fáis PVT a dhíchóimeáil”
Tá dhá mhíbhuntáiste mhóra mar thoradh ar cheardaíocht dhifriúil i gcomparáid leis an mbonn silicone:
Ar dtús, tá an táirgeadh deacair agus tá an toradh íseal.Éiríonn teocht an chéim gháis atá bunaithe ar charbón os cionn 2300 °C agus is é 350 MPa an brú. Déantar an bosca dorcha ar fad a iompar, agus is furasta é a mheascadh le neamhíonachtaí. Tá an toradh níos ísle ná an bonn sileacain. Dá mhéad an trastomhas, is ea is ísle an toradh.
Is é an dara ceann fás mall.Tá rialachas an mhodha PVT an-mhall, tá an luas thart ar 0.3-0.5mm/u, agus is féidir leis fás 2cm i 7 lá. Ní féidir leis an uasmhéid fás ach 3-5cm, agus is é 4 orlach agus 6 orlach trastomhas an ingot criostail den chuid is mó.
Is féidir leis an 72H atá bunaithe ar shileacan fás go dtí airde 2-3m, le trastomhais den chuid is mó 6 orlach agus cumas táirgthe nua 8 n-orlach le haghaidh 12 orlach.Dá bhrí sin, is minic a thugtar ingot criostail ar charbaíd sileacain, agus bíonn sileacan ina mhaide criostail.
Ingotanna criostail sileacain charbíde
Foshraith
Tar éis don chriostal fada a bheith críochnaithe, téann sé isteach i bpróiseas táirgthe an tsubstráit.
Tar éis gearradh spriocdhírithe, meilt (meilt garbh, meilt mhín), snasú (snasú meicniúil), snasú thar a bheith beacht (snasú ceimiceach meicniúil), faightear an tsubstráit charbíde sileacain.
Imríonn an tsubstráit den chuid is móról na tacaíochta fisiciúla, an tseoltachta teirmeach agus an tseoltachta.Is é an deacracht a bhaineann leis an bpróiseáil ná go bhfuil airíonna ceimiceacha ard, brioscach agus cobhsaí ag ábhar charbaíd sileacain. Dá bhrí sin, níl modhanna próiseála traidisiúnta bunaithe ar sileacan oiriúnach do shubstráit charbaíd sileacain.
Bíonn tionchar díreach ag cáilíocht an éifeacht ghearrtha ar fheidhmíocht agus ar éifeachtúlacht úsáide (costas) táirgí charbaíd sileacain, mar sin tá sé riachtanach go mbeadh sé beag, tiús aonfhoirmeach, agus gearradh íseal.
Faoi láthair,Úsáideann 4-orlach agus 6-orlach trealamh gearrtha illíne den chuid is mó,criostail sileacain a ghearradh i slisní tanaí nach mó ná 1mm a dtiús.
Léaráid scéimeach gearrtha illíne
Amach anseo, de réir mar a mhéadaíonn méid na sceallóga sileacain charbónaithe, méadóidh na riachtanais úsáide ábhair, agus cuirfear teicneolaíochtaí ar nós slisniú léasair agus deighilt fuar i bhfeidhm de réir a chéile freisin.
Sa bhliain 2018, cheannaigh Infineon Siltectra GmbH, a d’fhorbair próiseas nuálach ar a dtugtar scoilteadh fuar.
I gcomparáid leis an bpróiseas gearrtha il-sreang traidisiúnta, caillteanas 1/4,Níor chaill an próiseas scoilte fuar ach 1/8 den ábhar sileacain charbíde.
Síneadh
Ós rud é nach féidir leis an ábhar sileacain charbíde feistí cumhachta a dhéanamh go díreach ar an tsubstráit, tá gá le feistí éagsúla ar an gciseal síneadh.
Dá bhrí sin, tar éis táirgeadh an tsubstráit a bheith críochnaithe, fásann scannán tanaí criostail aonair ar leith ar an tsubstráit tríd an bpróiseas síneadh.
Faoi láthair, is é an modh taiscthe gáis cheimicigh (CVD) a úsáidtear go príomha.
Dearadh
Tar éis an tsubstráit a dhéanamh, téann sé isteach i gcéim deartha an táirge.
I gcás MOSFET, is é dearadh an chlais fócas an phróisis dearaidh,ar thaobh amháin chun sárú paitinne a sheachaint(Tá leagan amach paitinne ag Infineon, Rohm, ST, etc.), agus ar an láimh eilena costais mhonaraíochta agus indéantachta a chomhlíonadh.
Déantúsaíocht vaiféir
Tar éis dearadh an táirge a bheith críochnaithe, téann sé isteach sa chéim déantúsaíochta vaiféir,agus tá an próiseas cosúil go garbh le próiseas sileacain, a bhfuil na 5 chéim seo a leanas ann den chuid is mó.
☆Céim 1: Instealladh an masc
Déantar sraith de scannán ocsaíd sileacain (SiO2), cuirtear brat ar an bhfótafhriotaíocht, cruthaítear patrún an fhótafhriotaíochta trí na céimeanna homaiginithe, nochta, forbartha, etc., agus aistrítear an figiúr chuig an scannán ocsaíd tríd an bpróiseas greanta.
☆Céim 2: Ionchlannú ian
Cuirtear an sceallóg sileacain charbaíde masctha i n-ionchlannóir ian, áit a n-instealltar iain alúmanaim chun crios dópála de chineál P a fhoirmiú, agus déantar iad a annealadh chun na hiain alúmanaim ionchlannaithe a ghníomhachtú.
Baintear an scannán ocsaíde, instealltar iain nítrigine i réigiún ar leith den réigiún dópála cineál-P chun réigiún seoltaí cineál-N den draein agus den fhoinse a fhoirmiú, agus déantar na hiain nítrigine ionchlannaithe a annealadh chun iad a ghníomhachtú.
☆Céim 3: Déan an eangach
Déan an eangach. Sa limistéar idir an fhoinse agus an draein, ullmhaítear an ciseal ocsaíde geata trí phróiseas ocsaídiúcháin ardteochta, agus déantar an ciseal leictreoid geata a thaisceadh chun an struchtúr rialaithe geata a fhoirmiú.
☆Céim 4: Sraitheanna pasivithe a dhéanamh
Déantar ciseal pasivithe. Cuirtear ciseal pasivithe le tréithe inslithe maithe chun cosc a chur ar bhriseadh síos idirleictreoidí.
☆Céim 5: Déan leictreoidí foinse draenála
Déan draein agus foinse. Déantar an ciseal pasivithe a pholltú agus déantar miotal a spútarú chun draein agus foinse a fhoirmiú.
Foinse Grianghraf: Xinxi Capital
Cé nach bhfuil mórán difríochta idir an leibhéal próisis agus an leibhéal atá bunaithe ar sileacan, mar gheall ar shaintréithe ábhar cairbíde sileacain,ní mór ionchlannú agus annealing ian a dhéanamh i dtimpeallacht ardteochta(suas le 1600 ° C), beidh tionchar ag teocht ard ar struchtúr laitíse an ábhair féin, agus beidh tionchar ag an deacracht ar an toradh freisin.
Ina theannta sin, i gcás comhpháirteanna MOSFET,Bíonn tionchar díreach ag cáilíocht ocsaigin an gheata ar shoghluaisteacht an chainéil agus ar iontaofacht an gheata, mar go bhfuil dhá chineál adaimh sileacain agus carbóin san ábhar cairbíde sileacain.
Dá bhrí sin, tá gá le modh fáis meán geata speisialta (pointe eile is ea go bhfuil an leathán carbóide sileacain trédhearcach, agus go bhfuil sé deacair ailíniú suímh a dhéanamh ag céim an fhótalithagrafaíochta le sileacan).
Tar éis monarú na vaiféir a bheith críochnaithe, gearrtar an tslis aonair ina slis lom agus is féidir í a phacáistiú de réir na críche. Is é an próiseas coitianta le haghaidh gléasanna scoite ná pacáistiú TO.
MOSFETanna CoolSiC™ 650V i bpacáiste TO-247
Grianghraf: Infineon
Tá riachtanais arda cumhachta agus diomailt teasa ag an réimse feithicleach, agus uaireanta is gá ciorcaid droichid a thógáil go díreach (leathdhroichead nó droichead iomlán, nó dé-óidí a phacáistiú go díreach).
Dá bhrí sin, is minic a phacáiltear go díreach i modúil nó i gcórais é. De réir líon na sceallóga atá pacáilte i modúl aonair, is é an fhoirm choitianta ná 1 in 1 (BorgWarner), 6 in 1 (Infineon), etc., agus úsáideann roinnt cuideachtaí scéim chomhthreomhar aon-fheadáin.
Borgwarner Viper
Tacaíonn sé le fuarú uisce déthaobhach agus SiC-MOSFET
Modúil MOSFET Infineon CoolSiC™
Murab ionann agus sileacan,Oibríonn modúil charbaid sileacain ag teocht níos airde, thart ar 200 °C.
Tá teocht an phointe leá íseal ag teocht an tsádróra bhog thraidisiúnta, agus ní féidir leis na ceanglais teochta a chomhlíonadh. Dá bhrí sin, is minic a úsáideann modúil charbaid sileacain próiseas táthú sintéirithe airgid ísealteochta.
Tar éis an modúl a bheith críochnaithe, is féidir é a chur i bhfeidhm ar an gcóras páirteanna.
Rialaitheoir mótair Tesla Model 3
Tagann an sliseanna lom ó ST, pacáiste féinfhorbartha agus córas tiomána leictreach
☆02 Stádas iarratais SiC?
I réimse na ngluaisteán, úsáidtear gléasanna cumhachta den chuid is mó iDCDC, OBC, inbhéirteoirí mótair, inbhéirteoirí aerchóirithe leictreacha, muirearú gan sreang agus páirteanna eilea bhfuil tiontú tapa AC/DC ag teastáil uathu (feidhmíonn DCDC den chuid is mó mar lasc tapa).
Grianghraf: BorgWarner
I gcomparáid le hábhair atá bunaithe ar sileacan, tá níos mó ag ábhair SICneart réimse criticiúil miondealaithe sneachta(3 × 106V/cm),seoltacht theirmeach níos fearr(49W/mK) agusbearna banna níos leithne(3.26eV).
Dá leithne an bhearna banda, is ea is lú an sruth sceite agus is airde an éifeachtúlacht. Dá fheabhas an seoltacht theirmeach, is airde an dlús reatha. Dá láidre an réimse miondealú criticiúil maidhme sneachta, is féidir friotaíocht voltais an fheiste a fheabhsú.
Dá bhrí sin, i réimse an ardvoltais ar bord, is féidir le MOSFETanna agus SBDanna atá ullmhaithe le hábhair charbaid sileacain chun an meascán IGBT agus FRD atá bunaithe ar sileacan atá ann cheana féin a athsholáthar cumhacht agus éifeachtúlacht a fheabhsú go héifeachtach,go háirithe i gcásanna iarratais ardminicíochta chun caillteanais lasctha a laghdú.
Faoi láthair, is dóichí go mbainfear amach feidhmchláir ar scála mór in inverters mótair, agus ina dhiaidh sin OBC agus DCDC.
Ardán voltais 800V
Sa ardán voltais 800V, mar gheall ar an mbuntáiste a bhaineann le minicíocht ard, bíonn fiontair níos claonta chun réiteach SiC-MOSFET a roghnú. Dá bhrí sin, is iad SiC-MOSFETanna an chuid is mó den phleanáil rialaithe leictreonach 800V atá ann faoi láthair.
Áirítear leis an bpleanáil ar leibhéal an ardáinE-GMP nua-aimseartha, GM Otenergy – réimse piocadh suas, Porsche PPE, agus Tesla EPA.Ach amháin i gcás samhlacha ardáin Porsche PPE nach bhfuil SiC-MOSFET orthu go sainráite (is IGBT bunaithe ar shilice an chéad mhúnla), glacann ardáin feithiclí eile scéimeanna SiC-MOSFET.
Ardán fuinnimh Ultra Uilíoch
Tá pleanáil mhúnla 800V níos mó,An branda Jiagirong de chuid Great Wall Salon, leagan S HI de chuid Beiqi cuaille Fox, an carr idéalach S01 agus W01, Xiaopeng G9, BMW NK1Dúirt Changan Avita E11 go mbeidh ardán 800V aige, chomh maith le BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, Zero Run, FAW Red Flag, dúirt Volkswagen freisin go bhfuil teicneolaíocht 800V á taighde.
Ó chás na n-orduithe 800V a fuair soláthraithe Leibhéal 1,BorgWarner, Wipai Technology, ZF, United Electronics, agus Huichuangach ordú fógartha maidir le tiomáint leictreach 800V.
Ardán voltais 400V
Sa ardán voltais 400V, is é an príomhchuspóir atá le SiC-MOSFET ná cumhacht ard, dlús cumhachta agus éifeachtúlacht ard.
Ar nós mhótar Tesla Model 3\Y atá olltáirgthe anois, is é buaicchumhacht mhótar BYD Hanhou ná thart ar 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), úsáidfidh NIO táirgí SiC-MOSFET freisin ag tosú le ET7 agus an ET5 a liostálfar níos déanaí. Is é 240Kw an bhuaicchumhacht (ET5 210Kw).
Ina theannta sin, ó thaobh na héifeachtúlachta ard de, tá roinnt fiontar ag fiosrú indéantacht táirgí SiC-MOSFET tuilte cúnta freisin.
Am an phoist: 08 Iúil 2023
