Які проблеми пов’язані з виробництвом SiC?

SiC широко використовується в електромобілях (EV) для тягових інверторів і бортових зарядних пристроїв, а також в інфраструктурних додатках, таких як швидкі зарядні пристрої постійного струму, сонячні інвертори, системи зберігання енергії та джерела безперебійного живлення (UPS). Незважаючи на те, що SiC використовувався у масовому виробництві понад століття — спочатку як абразивний матеріал — SiC також продемонстрував виняткову продуктивність у системах високої напруги та високої потужності.

З точки зору фізичних властивостей,карбід кремніюдемонструє високу теплопровідність, високу швидкість дрейфу насичених електронів і сильне електричне поле пробою (як показано на малюнку 1). В результаті системи на основі карбіду кремнію можуть значно зменшити втрати енергії та досягти більшої швидкості перемикання під час роботи. У порівнянні з традиційними кремнієвими MOSFET і IGBT пристроями, карбід кремнію може забезпечити ці переваги в менших розмірах, пропонуючи вищу ефективність і чудову продуктивність.

Рисунок 1: Характеристики кремнію та широкозонних матеріалів

Робота карбіду кремнію може перевищувати межікремній, робочі частоти яких вищі, ніж у кремнієвих IGBT, і це також може значно підвищити щільність потужності.

Малюнок 2: SiC проти Si

Що робить OpportunitiesКарбід кремніюприсутній?

Для виробників карбід кремнію сприймається як значна конкурентна перевага. Це не тільки надає можливості для створення енергоефективних систем, але й ефективно зменшує загальний розмір, вагу та вартість цих систем. Це пояснюється тим, що системи, що використовують карбід кремнію, загалом є більш енергоефективними, компактними та довговічнішими порівняно з системами на основі кремнію, що дозволяє розробникам скорочувати витрати за рахунок зменшення розміру пасивних компонентів. Зокрема, завдяки нижчому виділенню тепла пристроями з SiC робочу температуру можна підтримувати нижче, ніж у традиційних рішеннях, як показано на малюнку 3. Це підвищує ефективність системи, одночасно підвищуючи надійність і подовжуючи термін служби обладнання.

Рисунок 3: Переваги застосування карбіду кремнію

На етапі проектування та виробництва впровадження нових технологій з’єднання мікросхем, таких як спікання, може сприяти більш ефективному розсіюванню тепла та забезпечити надійність з’єднання. Порівняно з кремнієвими пристроями, пристрої з SiC можуть працювати при вищих напругах і пропонувати вищу швидкість перемикання. Ці переваги дозволяють розробникам переглянути способи оптимізації функціональності на системному рівні, підвищуючи конкурентоспроможність за ціною. Зараз багато високопродуктивних пристроїв використовують технологію SiC, включаючи діоди з карбіду кремнію, МОП-транзистори та модулі.

Порівняно з кремнієвими матеріалами, чудові характеристики SiC відкривають широкі перспективи для нових застосувань. Пристрої з SiC зазвичай розраховані на напругу не менше 650 В, а особливо вище 1200 В, SiC стає кращим вибором для багатьох застосувань. Очікується, що такі додатки, як сонячні інвертори, зарядні станції для електромобілів і промислове перетворення змінного струму на постійний, поступово переходитимуть на технологію SiC. Інша область застосування — твердотільні трансформатори, де існуючі мідні та магнітні трансформатори поступово будуть замінені технологією SiC, що забезпечить вищу ефективність і надійність у передачі та перетворенні електроенергії.

Що робить виробничі проблемиКарбід кремніюОбличчя?

Хоча карбід кремнію має величезний ринковий потенціал, процес його виробництва також стикається з кількома проблемами. Спочатку слід забезпечити чистоту сировини, а саме гранул або порошків SiC. Після цього виробництво злитків SiC з високою консистенцією (як показано на малюнку 4) вимагає накопичення досвіду на кожному наступному етапі обробки, щоб забезпечити надійність кінцевого продукту (як показано на малюнку 5).

Унікальний виклик SiC полягає в тому, що він не має рідкої фази, тобто його неможливо виростити за допомогою традиційних методів розплаву. Рост кристалів має відбуватися під точно контрольованим тиском, що робить виробництво SiC більш складним, ніж кремній. Якщо зберігається стабільність у середовищах з високою температурою та низьким тиском, SiC безпосередньо розкладатиметься на газоподібні речовини, не переходячи в рідку фазу.

Завдяки цій характеристиці для вирощування кристалів SiC зазвичай використовуються методи сублімації або фізичного переносу пари (PVT). У цьому процесі порошок SiC поміщають у тигель всередині печі та нагрівають до високих температур (понад 2200°C). Коли SiC сублімується, він кристалізується на затравковому кристалі з утворенням кристала. Вирішальною частиною методу вирощування PVT є затравковий кристал, діаметр якого подібний до діаметра зливка. Примітно, що швидкість росту процесу PVT дуже повільна, приблизно від 0,1 до 0,5 міліметра на годину.

Малюнок 4: Порошок карбіду кремнію, злитки та пластини

Завдяки надзвичайній твердості SiC порівняно з кремнієм,вафельнийпроцес виробництва також більш складний. SiC є надзвичайно твердим матеріалом, тому його складно різати навіть алмазними пилками, твердість, яка відрізняє його від багатьох інших напівпровідникових матеріалів. Хоча в даний час існує кілька методів нарізки злитків на пластини, ці методи потенційно можуть внести дефекти в монокристал, що впливає на кінцеву якість матеріалу.

Рисунок 5. Процес виробництва карбіду кремнію від сировини до кінцевої продукції

Крім того, великомасштабне виробництво SiC також стикається з проблемами. SiC за своєю природою має більше дефектів порівняно з кремнієм. Процес його легування є дуже складним, і виробництво пластин SiC великого розміру з низьким рівнем дефектів передбачає вищі витрати на виробництво та обробку. Таким чином, створення ефективного та ретельного процесу розробки з самого початку має вирішальне значення для забезпечення стабільного виробництва високоякісної продукції.

Малюнок 6: Проблеми - пластини карбіду кремнію та дефекти

Ми в Semicorex спеціалізуємося наГрафіт з покриттям SiC/TaCрішення, застосовані у виробництві напівпровідників SiC, якщо у вас виникли запитання або потрібні додаткові відомості, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон: +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com