Anong mga Hamon ang Kasangkot sa SiC Manufacturing?

Ang SiC ay malawakang ginagamit sa mga electric vehicle (EV) para sa mga traction inverters at onboard charger, gayundin sa mga application ng imprastraktura gaya ng DC fast charger, solar inverters, energy storage system, at uninterruptible power supply (UPS). Sa kabila ng paggamit sa mass production sa loob ng mahigit isang siglo—sa una bilang isang abrasive na materyal—nagpakita rin ang SiC ng pambihirang pagganap sa mataas na boltahe at high power na mga aplikasyon.

Mula sa pananaw ng pisikal na katangian,silikon karbidnagpapakita ng mataas na thermal conductivity, mataas na saturated electron drift velocity, at isang mataas na breakdown electric field (tulad ng ipinapakita sa Figure 1). Bilang resulta, ang mga system na nakabatay sa silicon carbide ay maaaring makabuluhang bawasan ang pagkawala ng enerhiya at makamit ang mas mabilis na bilis ng paglipat sa panahon ng operasyon. Kung ikukumpara sa tradisyunal na silicon na MOSFET at IGBT na aparato, ang silicon carbide ay maaaring maghatid ng mga kalamangan na ito sa mas maliliit na laki, na nag-aalok ng mas mataas na kahusayan at mahusay na pagganap.

Figure 1: Mga Katangian ng Silicon at Wide Bandgap Materials

Ang operasyon ng silicon carbide ay maaaring lumampas sa mga limitasyon ngsilikon, na may mga operational frequency na mas mataas kaysa sa mga silicon na IGBT, at maaari rin itong makabuluhang mapahusay ang density ng kuryente.

Larawan 2: SiC vs Si

Ano ang Nagagawa ng Mga PagkakataonSilicon CarbidePresent?

Para sa mga tagagawa, ang silicon carbide ay itinuturing na isang makabuluhang competitive na kalamangan. Hindi lamang ito nagbibigay ng mga pagkakataon upang bumuo ng mga sistemang matipid sa enerhiya ngunit epektibo ring binabawasan ang kabuuang sukat, timbang, at gastos ng mga sistemang ito. Ito ay dahil ang mga system na gumagamit ng silicon carbide ay karaniwang mas matipid sa enerhiya, compact, at matibay kumpara sa mga sistemang nakabatay sa silicon, na nagpapahintulot sa mga designer na bawasan ang mga gastos sa pamamagitan ng pagbawas sa laki ng mga passive na bahagi. Higit na partikular, dahil sa mas mababang heat generation ng mga SiC device, ang operating temperature ay maaaring mapanatili nang mas mababa kaysa sa tradisyonal na mga solusyon, tulad ng ipinapakita sa Figure 3. Pinahuhusay nito ang kahusayan ng system habang pinapalakas din ang pagiging maaasahan at pagpapahaba ng tagal ng kagamitan.

Figure 3: Mga Bentahe ng Silicon Carbide Application

Sa yugto ng disenyo at pagmamanupaktura, ang pagpapatibay ng mga bagong teknolohiya sa pag-bonding ng chip, tulad ng sintering, ay maaaring mapadali ang mas epektibong pag-alis ng init at matiyak ang pagiging maaasahan ng koneksyon. Kung ikukumpara sa mga aparatong silicon, ang mga aparatong SiC ay maaaring gumana sa mas mataas na boltahe at nag-aalok ng mas mabilis na bilis ng paglipat. Ang mga bentahe na ito ay nagbibigay-daan sa mga designer na pag-isipang muli kung paano i-optimize ang functionality sa antas ng system habang pinapahusay ang pagiging mapagkumpitensya sa gastos. Sa kasalukuyan, maraming mga high-performance na device ang gumagamit ng SiC technology, kabilang ang mga silicon carbide diode, MOSFET, at modules.

Kung ikukumpara sa mga materyales na silikon, ang mahusay na pagganap ng SiC ay nagbubukas ng malawak na mga prospect para sa mga umuusbong na aplikasyon. Ang mga SiC device ay karaniwang idinisenyo para sa mga boltahe na hindi bababa sa 650V, at lalo na sa itaas ng 1200V, ang SiC ay nagiging mas gustong pagpipilian para sa maraming mga aplikasyon. Ang mga application tulad ng solar inverters, EV charging station, at pang-industriya na AC to DC conversion ay inaasahang unti-unting lumilipat patungo sa SiC technology. Ang isa pang lugar ng aplikasyon ay mga solid-state na mga transformer, kung saan ang mga kasalukuyang tanso at magnetic na mga transformer ay unti-unting mapapalitan ng teknolohiyang SiC, na nag-aalok ng mas mataas na kahusayan at pagiging maaasahan sa paghahatid ng kuryente at conversion.

Ano ang Nagagawa ng Mga Hamon sa PaggawaSilicon CarbideMukha?

Bagama't ang silicon carbide ay nagtataglay ng malawak na potensyal sa merkado, ang proseso ng pagmamanupaktura nito ay nahaharap din sa ilang mga hamon. Sa una, dapat tiyakin ang kadalisayan ng mga hilaw na materyales—ibig sabihin, SiC granules o powders. Kasunod nito, ang paggawa ng lubos na pare-parehong SiC ingots (tulad ng inilalarawan sa Figure 4) ay nangangailangan ng pag-iipon ng karanasan sa bawat kasunod na yugto ng pagproseso upang matiyak ang pagiging maaasahan ng panghuling produkto (tulad ng ipinapakita sa Figure 5).

Ang isang natatanging hamon ng SiC ay hindi ito nagtataglay ng isang likidong bahagi, ibig sabihin ay hindi ito maaaring palaguin gamit ang mga tradisyonal na pamamaraan ng pagtunaw. Ang paglaki ng kristal ay dapat mangyari sa ilalim ng tiyak na kontroladong mga presyon, na ginagawang mas kumplikado ang paggawa ng SiC kaysa sa silikon. Kung ang katatagan ay pinananatili sa mataas na temperatura at mababang presyon na mga kapaligiran, ang SiC ay direktang mabubulok sa mga gas na sangkap nang hindi sumasailalim sa likidong bahagi.

Dahil sa katangiang ito, ang paglago ng kristal ng SiC ay karaniwang gumagamit ng mga pamamaraan ng sublimation o physical vapor transport (PVT). Sa prosesong ito, ang SiC powder ay inilalagay sa isang crucible sa loob ng furnace at pinainit hanggang sa mataas na temperatura (higit sa 2200°C). Habang nag-sublimate ang SiC, nag-crystallize ito sa isang seed crystal upang makabuo ng isang kristal. Ang isang mahalagang bahagi ng paraan ng paglago ng PVT ay ang seed crystal, na ang diameter ay katulad ng diameter ng ingot. Kapansin-pansin, ang rate ng paglago ng proseso ng PVT ay napakabagal, humigit-kumulang 0.1 hanggang 0.5 millimeters kada oras.

Larawan 4: Silicon Carbide Powder, Ingots, at Wafers

Dahil sa matinding tigas ng SiC kumpara sa silikon, angostiyaang proseso ng pagmamanupaktura ay mas kumplikado din. Ang SiC ay isang napakatigas na materyal, na ginagawang mahirap na gupitin kahit na gamit ang mga lagari ng brilyante, isang katigasan na nagpapaiba dito sa maraming iba pang materyal na semiconductor. Bagama't ilang mga pamamaraan ang kasalukuyang umiiral upang hatiin ang mga ingot sa mga wafer, ang mga pamamaraang ito ay maaaring potensyal na magpasok ng mga depekto sa iisang kristal, na nakakaapekto sa panghuling kalidad ng materyal.

Larawan 5: Proseso ng Paggawa ng Silicon Carbide mula sa mga Hilaw na Materyal hanggang sa Mga Panghuling Produkto

Bukod dito, ang malakihang produksyon ng SiC ay nakakaharap din ng mga hamon. Ang SiC ay likas na may mas maraming mga depekto kumpara sa silikon. Napakasalimuot ng proseso ng doping nito, at ang paggawa ng malaki at mababa ang depektong SiC wafer ay nagpapahiwatig ng mas mataas na gastos sa pagmamanupaktura at pagproseso. Samakatuwid, ang pagtatatag ng isang mahusay at mahigpit na proseso ng pag-unlad mula sa simula ay mahalaga upang matiyak ang pare-parehong produksyon ng mga de-kalidad na produkto.

Larawan 6: Mga Hamon - Mga Wafer at Depekto ng Silicon Carbide

Kami sa Semicorex ay dalubhasa saSiC/TaC coated graphitemga solusyong inilapat sa paggawa ng SiC semiconductor, kung mayroon kang anumang mga katanungan o kailangan ng karagdagang mga detalye, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnayan sa amin.

Makipag-ugnayan sa telepono: +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com