SiC İstehsalında Hansı Problemlər Çəkilir?

SiC elektrik avtomobillərində (EV) dartma çeviriciləri və bort şarj cihazları üçün, həmçinin DC sürətli şarj cihazları, günəş enerjisi çeviriciləri, enerji saxlama sistemləri və fasiləsiz enerji təchizatı (UPS) kimi infrastruktur tətbiqlərində geniş şəkildə istifadə olunur. Kütləvi istehsalda bir əsrdən artıq müddətdə istifadə edilməsinə baxmayaraq - ilkin olaraq aşındırıcı material kimi - SiC yüksək gərginlikli və yüksək güc tətbiqlərində də müstəsna performans nümayiş etdirdi.

Fiziki xüsusiyyətlər baxımından,silisium karbidyüksək istilik keçiriciliyi, yüksək doymuş elektron sürüşmə sürəti və yüksək parçalanma elektrik sahəsi nümayiş etdirir (Şəkil 1-də göstərildiyi kimi). Nəticədə, silisium karbid əsasında sistemlər enerji itkilərini əhəmiyyətli dərəcədə azalda və əməliyyat zamanı daha sürətli keçid sürətinə nail ola bilər. Ənənəvi silisium MOSFET və IGBT cihazları ilə müqayisədə, silisium karbid bu üstünlükləri daha kiçik ölçülərdə verə bilər, daha yüksək səmərəlilik və üstün performans təklif edir.

Şəkil 1: Silikon və Geniş Zolaqlı Materialların Xüsusiyyətləri

Silikon karbidin işləməsi həddini aşa bilərsilikon, əməliyyat tezlikləri silikon IGBT-lərdən daha yüksəkdir və o, həm də güc sıxlığını əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.

Şəkil 2: SiC vs Si

Fürsətlər nə edirSilikon karbidtəqdim olunur?

İstehsalçılar üçün silisium karbid əhəmiyyətli bir rəqabət üstünlüyü kimi qəbul edilir. Bu, nəinki enerjiyə qənaət edən sistemlərin qurulması imkanlarını təmin edir, həm də bu sistemlərin ümumi ölçüsünü, çəkisini və dəyərini effektiv şəkildə azaldır. Bunun səbəbi, silikon karbiddən istifadə edən sistemlərin silikon əsaslı sistemlərlə müqayisədə ümumiyyətlə daha enerjiyə qənaət edən, yığcam və davamlı olmasıdır ki, bu da dizaynerlərə passiv komponentlərin ölçüsünü azaltmaqla xərcləri azaltmağa imkan verir. Daha dəqiq desək, SiC cihazlarının daha az istilik əmələ gəlməsi səbəbindən iş temperaturu Şəkil 3-də göstərildiyi kimi ənənəvi həllərdən aşağıda saxlanıla bilər. Bu, sistemin səmərəliliyini artırır, eyni zamanda etibarlılığı artırır və avadanlığın ömrünü uzadır.

Şəkil 3: Silikon Karbid Tətbiqlərinin Üstünlükləri

Dizayn və istehsal mərhələsində, sinterləmə kimi yeni çip bağlama texnologiyalarının qəbulu daha effektiv istilik yayılmasını asanlaşdıra və əlaqənin etibarlılığını təmin edə bilər. Silikon cihazlarla müqayisədə SiC cihazları daha yüksək gərginliklərdə işləyə bilir və daha sürətli keçid sürəti təklif edir. Bu üstünlüklər dizaynerlərə qiymət rəqabət qabiliyyətini artırmaqla yanaşı sistem səviyyəsində funksionallığı necə optimallaşdırmaq barədə yenidən düşünməyə imkan verir. Hazırda silisium karbid diodları, MOSFETlər və modullar da daxil olmaqla bir çox yüksək performanslı cihazlar SiC texnologiyasından istifadə edir.

Silikon materiallarla müqayisədə, SiC-nin üstün performansı ortaya çıxan tətbiqlər üçün geniş perspektivlər açır. SiC cihazları adətən 650V-dən az olmayan və xüsusilə 1200V-dən yuxarı gərginliklər üçün nəzərdə tutulmuşdur, SiC bir çox tətbiq üçün üstünlük verilən seçimə çevrilir. Günəş enerjisi çeviriciləri, elektrik enerjisi doldurma stansiyaları və sənaye AC-dən DC-yə çevrilmə kimi tətbiqlərin tədricən SiC texnologiyasına keçməsi gözlənilir. Digər tətbiq sahəsi bərk cisim transformatorlarıdır ki, burada mövcud mis və maqnit transformatorları tədricən SiC texnologiyası ilə əvəzlənəcək və enerji ötürülməsində və çevrilməsində daha yüksək səmərəlilik və etibarlılıq təklif edəcək.

İstehsalın Çətinlikləri Nə EtdirirSilikon karbidÜz?

Silikon karbid geniş bazar potensialına malik olsa da, onun istehsal prosesi də bir sıra problemlərlə üzləşir. İlkin olaraq, xammalın, yəni SiC qranullarının və ya tozlarının təmizliyi təmin edilməlidir. Bundan sonra, yüksək ardıcıl SiC külçələrinin istehsalı (Şəkil 4-də göstərildiyi kimi) son məhsulun etibarlılığını təmin etmək üçün hər bir sonrakı emal mərhələsində təcrübə toplamaq tələb edir (Şəkil 5-də göstərildiyi kimi).

SiC-nin unikal problemi onun maye fazaya malik olmamasıdır, yəni onu ənənəvi ərimə üsulları ilə yetişdirmək mümkün deyil. Kristal artımı dəqiq idarə olunan təzyiqlər altında baş verməlidir ki, bu da SiC istehsalını silikondan daha mürəkkəb edir. Yüksək temperatur və aşağı təzyiqli mühitlərdə sabitlik saxlanılarsa, SiC maye faza keçmədən birbaşa qaz halında olan maddələrə parçalanacaq.

Bu xüsusiyyətə görə, SiC kristal artımı adətən sublimasiya və ya fiziki buxar nəqli (PVT) üsullarından istifadə edir. Bu prosesdə SiC tozu sobanın içərisindəki tigeyə yerləşdirilir və yüksək temperatura (2200°C-dən yuxarı) qədər qızdırılır. SiC sublimasiya etdikcə, bir kristal meydana gətirmək üçün toxum kristalında kristallaşır. PVT böyümə metodunun mühüm hissəsi diametri külçəninkinə bənzəyən toxum kristalıdır. Qeyd edək ki, PVT prosesinin böyümə sürəti çox yavaşdır, təxminən saatda 0,1-0,5 millimetrdir.

Şəkil 4: Silikon karbid tozu, külçələr və vaflilər

SiC-nin silikonla müqayisədə həddindən artıq sərtliyinə görəgofretistehsal prosesi də daha mürəkkəbdir. SiC olduqca sərt materialdır və onu almaz mişarlarla belə kəsməyi çətinləşdirir, bu sərtliyi onu bir çox digər yarımkeçirici materiallardan fərqləndirir. Hal-hazırda külçələri vaflilərə dilimləmək üçün bir neçə üsul mövcud olsa da, bu üsullar potensial olaraq tək kristalda qüsurlar yarada bilər və materialın son keyfiyyətinə təsir edə bilər.

Şəkil 5: Silikon karbidin xammaldan son məhsula qədər istehsal prosesi

Bundan əlavə, SiC-nin geniş miqyaslı istehsalı da çətinliklərlə üzləşir. SiC, silisiumla müqayisədə daha çox qüsurlara malikdir. Onun dopinq prosesi olduqca mürəkkəbdir və böyük ölçülü, aşağı qüsurlu SiC vaflilərinin istehsalı daha yüksək istehsal və emal xərclərini nəzərdə tutur. Buna görə də, yüksək keyfiyyətli məhsulların ardıcıl istehsalını təmin etmək üçün başlanğıcdan səmərəli və ciddi inkişaf prosesinin qurulması çox vacibdir.

Şəkil 6: Çətinliklər - Silikon Karbid vafliləri və qüsurları

Semicorex-də biz ixtisaslaşmışıqSiC/TaC örtüklü qrafitSiC yarımkeçirici istehsalında tətbiq olunan həllər, hər hansı bir sorğunuz varsa və ya əlavə məlumatlara ehtiyacınız varsa, bizimlə əlaqə saxlamaqdan çəkinməyin.

Əlaqə telefonu: +86-13567891907

E-poçt: sales@semicorex.com