Какви предизвикателства са свързани с производството на SiC?

SiC се използва широко в електрически превозни средства (EV) за тягови инвертори и бордови зарядни устройства, както и в инфраструктурни приложения като DC бързи зарядни устройства, соларни инвертори, системи за съхранение на енергия и непрекъсваеми захранвания (UPS). Въпреки че се използва в масово производство повече от век - първоначално като абразивен материал - SiC също демонстрира изключителна производителност при приложения с високо напрежение и висока мощност.

От гледна точка на физическите свойства,силициев карбидпроявява висока топлопроводимост, висока скорост на дрейф на наситени електрони и силно пробивно електрическо поле (както е показано на фигура 1). В резултат на това системите, базирани на силициев карбид, могат значително да намалят загубите на енергия и да постигнат по-високи скорости на превключване по време на работа. В сравнение с традиционните силициеви MOSFET и IGBT устройства, силициевият карбид може да осигури тези предимства в по-малки размери, предлагайки по-висока ефективност и превъзходна производителност.

Фигура 1: Характеристики на силиций и широколентови материали

Работата на силициевия карбид може да надхвърли границите насилиций, с работни честоти, по-високи от тези на силициевите IGBT, и може също така значително да подобри плътността на мощността.

Фигура 2: SiC срещу Si

Какво прави OpportunitiesСилициев карбидНастояще?

За производителите силициевият карбид се възприема като значително конкурентно предимство. Той не само предоставя възможности за изграждане на енергийно ефективни системи, но също така ефективно намалява общия размер, тегло и цена на тези системи. Това е така, защото системите, използващи силициев карбид, обикновено са по-енергийно ефективни, компактни и издръжливи в сравнение със системите, базирани на силиций, което позволява на дизайнерите да намалят разходите чрез намаляване на размера на пасивните компоненти. По-конкретно, поради по-ниското генериране на топлина на SiC устройствата, работната температура може да се поддържа под тази на традиционните решения, както е показано на фигура 3. Това подобрява ефективността на системата, като същевременно повишава надеждността и удължава живота на оборудването.

Фигура 3: Предимства на приложенията със силициев карбид

Във фазата на проектиране и производство, приемането на нови технологии за свързване на чипове, като синтероване, може да улесни по-ефективното разсейване на топлината и да гарантира надеждност на връзката. В сравнение със силиконовите устройства, SiC устройствата могат да работят при по-високи напрежения и предлагат по-бързи скорости на превключване. Тези предимства позволяват на дизайнерите да преосмислят как да оптимизират функционалността на системно ниво, като същевременно повишават конкурентоспособността на разходите. В момента много високопроизводителни устройства използват SiC технология, включително диоди от силициев карбид, MOSFET и модули.

В сравнение със силициевите материали, превъзходната производителност на SiC отваря огромни перспективи за нововъзникващи приложения. SiC устройствата обикновено са проектирани за напрежение не по-малко от 650V и особено над 1200V, SiC се превръща в предпочитан избор за много приложения. Приложения като слънчеви инвертори, станции за зареждане на EV и промишлено преобразуване на променлив ток в постоянен ток се очаква постепенно да се насочат към технологията SiC. Друга област на приложение са полупроводниковите трансформатори, където съществуващите медни и магнитни трансформатори постепенно ще бъдат заменени от SiC технология, предлагаща по-висока ефективност и надеждност при предаване и преобразуване на енергия.

Какво прави производствените предизвикателстваСилициев карбидлице?

Въпреки че силициевият карбид притежава огромен пазарен потенциал, неговият производствен процес също е изправен пред няколко предизвикателства. Първоначално трябва да се гарантира чистотата на суровините, а именно SiC гранули или прахове. След това, производството на силно последователни блокове SiC (както е показано на фигура 4) изисква натрупване на опит на всеки следващ етап на обработка, за да се гарантира надеждността на крайния продукт (както е показано на фигура 5).

Уникалното предизвикателство на SiC е, че той не притежава течна фаза, което означава, че не може да се отглежда с помощта на традиционни методи на стопяване. Растежът на кристалите трябва да става при прецизно контролирано налягане, което прави производството на SiC по-сложно от това на силиций. Ако се поддържа стабилност в среда с висока температура и ниско налягане, SiC директно ще се разложи на газообразни вещества, без да преминава в течна фаза.

Поради тази характеристика растежът на кристали SiC обикновено използва техники за сублимация или физически транспорт на пари (PVT). При този процес прахът SiC се поставя в тигел вътре в пещ и се нагрява до високи температури (над 2200°C). Докато SiC сублимира, той кристализира върху зародишен кристал, за да образува кристал. Решаваща част от PVT метода за растеж е зародишният кристал, чийто диаметър е подобен на този на блока. Трябва да се отбележи, че скоростта на растеж на PVT процеса е много бавна, приблизително 0,1 до 0,5 милиметра на час.

Фигура 4: Силициев карбид на прах, слитъци и вафли

Благодарение на изключителната твърдост на SiC в сравнение със силиция,вафлапроизводственият процес също е по-сложен. SiC е изключително твърд материал, което го прави предизвикателство за рязане дори с диамантени триони, твърдост, която го отличава от много други полупроводникови материали. Въпреки че понастоящем съществуват няколко метода за нарязване на слитъци във вафли, тези методи могат потенциално да въведат дефекти в единичния кристал, което да повлияе на крайното качество на материала.

Фигура 5: Производствен процес на силициев карбид от суровини до крайни продукти

Освен това, широкомащабното производство на SiC също се сблъсква с предизвикателства. SiC по своята същност има повече дефекти в сравнение със силиция. Неговият процес на легиране е много сложен и производството на големи, нискодефектни SiC пластини предполага по-високи разходи за производство и обработка. Следователно установяването на ефективен и строг процес на разработка от самото начало е от решаващо значение за осигуряване на последователно производство на висококачествени продукти.

Фигура 6: Предизвикателства - пластини от силициев карбид и дефекти

Ние от Semicorex сме специализирани вГрафит с SiC/TaC покритиерешения, прилагани в производството на SiC полупроводници, ако имате запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля, не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка: +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com