Kokie iššūkiai yra susiję su SiC gamyba?

SiC plačiai naudojamas elektrinėse transporto priemonėse (EV) traukos keitikliams ir įmontuotiems įkrovikliams, taip pat infrastruktūros reikmėms, pavyzdžiui, nuolatinės srovės greitiesiems įkrovikliams, saulės energijos inverteriams, energijos kaupimo sistemoms ir nepertraukiamo maitinimo šaltiniams (UPS). Nepaisant to, kad SiC buvo naudojamas masinėje gamyboje daugiau nei šimtmetį (iš pradžių kaip abrazyvinė medžiaga), SiC taip pat pasižymėjo išskirtiniu veikimu aukštos įtampos ir didelės galios srityse.

Žvelgiant iš fizinių savybių perspektyvos,silicio karbidaspasižymi dideliu šilumos laidumu, dideliu sočiųjų elektronų dreifo greičiu ir dideliu suskaidymo elektriniu lauku (kaip parodyta 1 paveiksle). Dėl to silicio karbido pagrindu sukurtos sistemos gali žymiai sumažinti energijos nuostolius ir pasiekti didesnį perjungimo greitį veikimo metu. Palyginti su tradiciniais silicio MOSFET ir IGBT įrenginiais, silicio karbidas gali suteikti šiuos pranašumus mažesniais dydžiais, todėl užtikrina didesnį efektyvumą ir puikų našumą.

1 pav. Silicio ir plačiajuosčio ryšio medžiagų charakteristikos

Silicio karbido veikimas gali viršyti ribassilicio, kurių veikimo dažniai yra didesni nei silicio IGBT, taip pat gali žymiai padidinti galios tankį.

2 pav. SiC vs Si

Ką daro galimybėsSilicio karbidasPateikti?

Gamintojams silicio karbidas yra suvokiamas kaip didelis konkurencinis pranašumas. Tai ne tik suteikia galimybę statyti energiją taupančias sistemas, bet ir efektyviai sumažina bendrą šių sistemų dydį, svorį ir kainą. Taip yra todėl, kad sistemos, kuriose naudojamas silicio karbidas, paprastai yra efektyvesnės, kompaktiškesnės ir patvaresnės, palyginti su silicio pagrindu veikiančiomis sistemomis, todėl dizaineriai gali sumažinti išlaidas mažinant pasyviųjų komponentų dydį. Konkrečiau, dėl mažesnio SiC įrenginių šilumos generavimo, darbinė temperatūra gali būti žemesnė nei tradicinių sprendimų, kaip parodyta 3 paveiksle. Tai padidina sistemos efektyvumą, kartu padidina patikimumą ir pailgina įrangos eksploatavimo laiką.

3 pav. Silicio karbido taikymo pranašumai

Projektavimo ir gamybos fazėje naujų lustų sujungimo technologijų, tokių kaip sukepinimas, pritaikymas gali palengvinti efektyvesnį šilumos išsklaijimą ir užtikrinti ryšio patikimumą. Palyginti su silicio įrenginiais, SiC įrenginiai gali veikti esant aukštesnei įtampai ir pasiūlyti didesnį perjungimo greitį. Šie pranašumai leidžia dizaineriams permąstyti, kaip optimizuoti funkcionalumą sistemos lygmeniu, kartu didinant sąnaudų konkurencingumą. Šiuo metu daugelis didelio našumo įrenginių naudoja SiC technologiją, įskaitant silicio karbido diodus, MOSFET ir modulius.

Palyginti su silicio medžiagomis, puikus SiC našumas atveria dideles perspektyvas naujoms reikmėms. SiC įtaisai paprastai yra skirti ne žemesnei kaip 650 V įtampai, o ypač didesnei nei 1200 V, SiC tampa tinkamiausiu pasirinkimu daugeliui programų. Tikimasi, kad tokios programos kaip saulės energijos inverteriai, elektromobilių įkrovimo stotys ir pramoninis kintamosios srovės į nuolatinės srovės konvertavimas palaipsniui pereis prie SiC technologijos. Kita taikymo sritis – kietojo kūno transformatoriai, kuriuose esamus varinius ir magnetinius transformatorius palaipsniui pakeis SiC technologija, užtikrinanti didesnį energijos perdavimo ir konversijos efektyvumą ir patikimumą.

Kokie yra gamybos iššūkiaiSilicio karbidasVeidas?

Nors silicio karbidas turi didžiulį rinkos potencialą, jo gamybos procesas taip pat susiduria su keliais iššūkiais. Iš pradžių turi būti užtikrintas žaliavų – būtent SiC granulių arba miltelių – grynumas. Po to gaminant labai nuoseklius SiC luitus (kaip parodyta 4 paveiksle), reikia kaupti patirtį kiekviename tolesniame apdorojimo etape, kad būtų užtikrintas galutinio produkto patikimumas (kaip parodyta 5 paveiksle).

Unikalus SiC iššūkis yra tai, kad jis neturi skystos fazės, o tai reiškia, kad jo negalima auginti naudojant tradicinius lydymo metodus. Kristalų augimas turi vykti esant tiksliai kontroliuojamam slėgiui, todėl SiC gamyba yra sudėtingesnė nei silicio. Jei stabilumas išlaikomas aukštos temperatūros ir žemo slėgio aplinkoje, SiC tiesiogiai suskaidys į dujines medžiagas, nepatirdamas skystos fazės.

Dėl šios savybės SiC kristalų auginimui paprastai naudojami sublimacijos arba fizinio garų transportavimo (PVT) metodai. Šiame procese SiC milteliai dedami į tiglį krosnyje ir kaitinami iki aukštos temperatūros (virš 2200 °C). Kadangi SiC sublimuoja, jis kristalizuojasi ant sėklinio kristalo ir susidaro kristalas. Esminė PVT augimo metodo dalis yra sėklinis kristalas, kurio skersmuo panašus į luito skersmenį. Pažymėtina, kad PVT proceso augimo greitis yra labai lėtas, maždaug nuo 0,1 iki 0,5 milimetro per valandą.

4 pav. Silicio karbido milteliai, luitai ir plokštelės

Dėl didelio SiC kietumo, palyginti su siliciu,vaflįgamybos procesas taip pat yra sudėtingesnis. SiC yra išskirtinai kieta medžiaga, todėl ją sunku pjauti net deimantiniais pjūklais, o kietumas išskiria jį iš daugelio kitų puslaidininkinių medžiagų. Nors šiuo metu yra keletas būdų, kaip luitus pjaustyti į plokšteles, šie metodai gali sukelti vieno kristalo defektų, turinčių įtakos galutinei medžiagos kokybei.

5 pav. Silicio karbido gamybos procesas nuo žaliavų iki galutinių produktų

Be to, didelio masto SiC gamyba taip pat susiduria su iššūkiais. SiC iš esmės turi daugiau defektų, palyginti su siliciu. Jo dopingo procesas yra labai sudėtingas, o didelių dydžių, mažai defektų turinčių SiC plokštelių gamyba reiškia didesnes gamybos ir perdirbimo sąnaudas. Todėl norint užtikrinti nuoseklų aukštos kokybės produktų gamybą, labai svarbu nuo pat pradžių nustatyti veiksmingą ir griežtą kūrimo procesą.

6 pav. Iššūkiai – silicio karbido plokštelės ir defektai

Mes, Semicorex, specializuojamėsSiC/TaC dengtas grafitasSiC puslaidininkių gamyboje taikomus sprendimus, jei turite klausimų ar reikia papildomos informacijos, nedvejodami susisiekite su mumis.

Telefonas pasiteirauti: +86-13567891907

paštas: sales@semicorex.com