SiC өндірісінде қандай қиындықтар бар?

SiC тартқыш инверторлар мен борттық зарядтағыштар үшін электр көліктерінде (EV) кеңінен қолданылады, сонымен қатар тұрақты ток жылдам зарядтау құрылғылары, күн инверторлары, энергия сақтау жүйелері және үздіксіз қуат көздері (UPS) сияқты инфрақұрылымдық қолданбаларда кеңінен қолданылады. Бір ғасырдан астам уақыт бойы жаппай өндірісте қолданылғанына қарамастан - бастапқыда абразивті материал ретінде - SiC сонымен қатар жоғары вольтты және жоғары қуатты қолданбаларда ерекше өнімділікті көрсетті.

Физикалық қасиеттер тұрғысынан,кремний карбидіжоғары жылу өткізгіштігін, жоғары қаныққан электрондардың жылжу жылдамдығын және жоғары ыдырау электр өрісін көрсетеді (1-суретте көрсетілгендей). Нәтижесінде кремний карбидіне негізделген жүйелер энергияның жоғалуын айтарлықтай азайтады және жұмыс кезінде жылдам ауысу жылдамдығына қол жеткізе алады. Дәстүрлі кремний MOSFET және IGBT құрылғыларымен салыстырғанда, кремний карбиді жоғары тиімділік пен жоғары өнімділікті ұсына отырып, бұл артықшылықтарды кішірек өлшемдерде бере алады.

1-сурет: Кремний және кең жолақты материалдардың сипаттамалары

Кремний карбидінің жұмысы шегінен асып кетуі мүмкінкремний, операциялық жиіліктері кремний IGBTs жиіліктерінен жоғары және ол қуат тығыздығын айтарлықтай арттыра алады.

2-сурет: SiC қарсы Si

Мүмкіндіктер не істейдіКремний карбидіСыйлық?

Өндірушілер үшін кремний карбиді айтарлықтай бәсекелестік артықшылық ретінде қабылданады. Ол энергияны үнемдейтін жүйелерді құру мүмкіндігін беріп қана қоймайды, сонымен қатар осы жүйелердің жалпы көлемін, салмағын және құнын тиімді төмендетеді. Бұл кремний карбиді пайдаланатын жүйелер кремний негізіндегі жүйелермен салыстырғанда энергияны үнемдейтін, жинақы және ұзаққа созылатындықтан, дизайнерлерге пассивті компоненттердің өлшемін азайту арқылы шығындарды азайтуға мүмкіндік береді. Нақтырақ айтсақ, SiC құрылғыларының төменгі жылу генерациясының арқасында жұмыс температурасын 3-суретте көрсетілгендей дәстүрлі шешімдерден төмен деңгейде ұстауға болады. Бұл жүйенің тиімділігін арттырады, сонымен қатар сенімділікті арттырады және жабдықтың қызмет ету мерзімін ұзартады.

3-сурет: Кремний карбидін қолданудың артықшылықтары

Жобалау және өндіру кезеңінде, агломерация сияқты жаңа чиптерді байланыстыру технологияларын қабылдау тиімдірек жылуды таратуды жеңілдетеді және қосылым сенімділігін қамтамасыз етеді. Кремний құрылғыларымен салыстырғанда, SiC құрылғылары жоғары кернеулерде жұмыс істей алады және жылдам коммутация жылдамдығын ұсына алады. Бұл артықшылықтар дизайнерлерге шығындардың бәсекеге қабілеттілігін арттыра отырып, жүйе деңгейінде функционалдылықты қалай оңтайландыру керектігін қайта қарастыруға мүмкіндік береді. Қазіргі уақытта көптеген жоғары өнімді құрылғылар SiC технологиясын қолданады, соның ішінде кремний карбидті диодтар, MOSFET және модульдер.

Кремний материалдарымен салыстырғанда, SiC жоғары өнімділігі пайда болатын қосымшалар үшін кең перспективалар ашады. SiC құрылғылары әдетте кемінде 650 В кернеуге арналған, әсіресе 1200 В жоғары, SiC көптеген қолданбалар үшін таңдаулы таңдау болады. Күн инверторлары, электр қуатын зарядтау станциялары және өнеркәсіптік айнымалы токтан тұрақты токқа түрлендіру сияқты қолданбалар біртіндеп SiC технологиясына ауысады деп күтілуде. Қолданылатын тағы бір сала - қатты күйдегі трансформаторлар, мұнда бар мыс және магниттік трансформаторлар біртіндеп SiC технологиясымен ауыстырылады, бұл қуатты беру мен түрлендіруде жоғары тиімділік пен сенімділікті ұсынады.

Өндірістің қиындықтары қандайКремний карбидіБет?

Кремний карбиді үлкен нарықтық әлеуетке ие болғанымен, оны өндіру процесі де бірнеше қиындықтарға тап болады. Бастапқыда шикізаттың тазалығы, атап айтқанда SiC түйіршіктері немесе ұнтақтары қамтамасыз етілуі керек. Осыдан кейін жоғары дәйекті SiC құймаларын өндіру (4-суретте көрсетілгендей) соңғы өнімнің сенімділігін қамтамасыз ету үшін (5-суретте көрсетілгендей) әрбір келесі өңдеу сатысында тәжірибе жинақтауды талап етеді.

SiC бірегей қиындығы оның сұйық фазасының болмауы, яғни оны балқытудың дәстүрлі әдістерімен өсіру мүмкін емес. Кристаллдың өсуі дәл бақыланатын қысымда болуы керек, бұл SiC өндірісін кремнийге қарағанда күрделірек етеді. Егер тұрақтылық жоғары температура мен төмен қысымды ортада сақталса, SiC сұйық фазаға өтпей тікелей газ тәрізді заттарға ыдырайды.

Осы сипаттамаға байланысты SiC кристалының өсуі әдетте сублимация немесе физикалық бу тасымалдау (PVT) әдістерін қолданады. Бұл процесте SiC ұнтағы пештің ішіндегі тигельге салынып, жоғары температураға дейін (2200°С-тан жоғары) қыздырылады. SiC сублимацияланған кезде ол кристалды қалыптастыру үшін тұқымдық кристалда кристалданады. PVT өсіру әдісінің шешуші бөлігі диаметрі құймаға ұқсас тұқымдық кристал болып табылады. Айта кету керек, PVT процесінің өсу қарқыны өте баяу, шамамен сағатына 0,1-ден 0,5 миллиметрге дейін.

4-сурет: кремний карбиді ұнтағы, құймалар және пластиналар

SiC кремниймен салыстырғанда өте қаттылығының арқасындавафлиөндіріс процесі де күрделірек. SiC - өте қатты материал, оны тіпті алмас аралармен кесуді қиындатады, қаттылығы оны көптеген басқа жартылай өткізгіш материалдардан ерекшелендіреді. Қазіргі уақытта құймаларды пластинкаларға кесудің бірнеше әдістері бар болса да, бұл әдістер соңғы материал сапасына әсер ететін монокристалға ақаулар енгізуі мүмкін.

5-сурет: Шикізаттан соңғы өнімге дейінгі кремний карбидін өндіру процесі

Сонымен қатар, SiC ауқымды өндірісі де қиындықтарға тап болады. SiC кремниймен салыстырғанда көп ақауларға ие. Оның қоспалау процесі өте күрделі және үлкен өлшемді, ақауы аз SiC пластинкаларын шығару өндіріс пен өңдеудің жоғары шығындарын білдіреді. Сондықтан, жоғары сапалы өнімдерді дәйекті өндіруді қамтамасыз ету үшін басынан бастап тиімді және қатаң даму процесін құру өте маңызды.

6-сурет: Қиындықтар - кремний карбиді пластиналар және ақаулар

Semicorex-те біз маманданамызSiC/TaC қапталған графитSiC жартылай өткізгіштерін өндіруде қолданылатын шешімдер, егер сізде қандай да бір сұрақтарыңыз болса немесе қосымша мәліметтер қажет болса, бізбен байланысудан тартынбаңыз.

Байланыс телефоны: +86-13567891907

Электрондық пошта: sales@semicorex.com