Apakah Cabaran yang Terlibat dalam Pembuatan SiC?

SiC digunakan secara meluas dalam kenderaan elektrik (EV) untuk penyongsang daya tarikan dan pengecas atas kapal, serta dalam aplikasi infrastruktur seperti pengecas pantas DC, penyongsang suria, sistem storan tenaga dan bekalan kuasa tanpa gangguan (UPS). Walaupun digunakan dalam pengeluaran besar-besaran selama lebih satu abad—pada mulanya sebagai bahan yang melelas—SiC juga telah menunjukkan prestasi luar biasa dalam aplikasi voltan tinggi dan kuasa tinggi.

Dari perspektif sifat fizikal,silikon karbidamempamerkan kekonduksian terma yang tinggi, halaju hanyutan elektron tepu yang tinggi, dan medan elektrik pecahan yang tinggi (seperti ditunjukkan dalam Rajah 1). Akibatnya, sistem berasaskan silikon karbida boleh mengurangkan kehilangan tenaga dengan ketara dan mencapai kelajuan pensuisan yang lebih pantas semasa operasi. Berbanding dengan peranti MOSFET dan IGBT silikon tradisional, silikon karbida boleh memberikan kelebihan ini dalam saiz yang lebih kecil, menawarkan kecekapan yang lebih tinggi dan prestasi unggul.

Rajah 1: Ciri-ciri Bahan Silikon dan Celah Jalur Lebar

Operasi silikon karbida boleh melebihi hadsilikon, dengan frekuensi operasi yang lebih tinggi daripada IGBT silikon, dan ia juga boleh meningkatkan ketumpatan kuasa dengan ketara.

Rajah 2: SiC lwn Si

Apakah Peluang BerfungsiSilikon KarbidaHadir?

Bagi pengeluar, silikon karbida dianggap sebagai kelebihan daya saing yang ketara. Ia bukan sahaja memberi peluang untuk membina sistem cekap tenaga tetapi juga mengurangkan saiz keseluruhan, berat dan kos sistem ini dengan berkesan. Ini kerana sistem yang menggunakan silikon karbida secara amnya lebih cekap tenaga, padat dan tahan lama berbanding sistem berasaskan silikon, membolehkan pereka bentuk mengurangkan kos dengan mengurangkan saiz komponen pasif. Lebih khusus lagi, disebabkan penjanaan haba yang lebih rendah bagi peranti SiC, suhu operasi boleh dikekalkan di bawah penyelesaian tradisional, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Ini meningkatkan kecekapan sistem sambil meningkatkan kebolehpercayaan dan memanjangkan jangka hayat peralatan.

Rajah 3: Kelebihan Aplikasi Silikon Karbida

Dalam fasa reka bentuk dan pembuatan, penggunaan teknologi ikatan cip baharu, seperti pensinteran, boleh memudahkan pelesapan haba yang lebih berkesan dan memastikan kebolehpercayaan sambungan. Berbanding dengan peranti silikon, peranti SiC boleh beroperasi pada voltan yang lebih tinggi dan menawarkan kelajuan pensuisan yang lebih pantas. Kelebihan ini membolehkan pereka bentuk memikirkan semula cara mengoptimumkan kefungsian pada peringkat sistem sambil meningkatkan daya saing kos. Pada masa ini, banyak peranti berprestasi tinggi menggunakan teknologi SiC, termasuk diod silikon karbida, MOSFET dan modul.

Berbanding dengan bahan silikon, prestasi unggul SiC membuka prospek yang luas untuk aplikasi baru muncul. Peranti SiC biasanya direka untuk voltan tidak kurang daripada 650V, dan terutamanya di atas 1200V, SiC menjadi pilihan pilihan untuk banyak aplikasi. Aplikasi seperti penyongsang solar, stesen pengecasan EV dan penukaran AC kepada DC industri dijangka beralih secara beransur-ansur ke arah teknologi SiC. Satu lagi bidang aplikasi ialah pengubah keadaan pepejal, di mana pengubah tembaga dan magnet sedia ada akan digantikan secara beransur-ansur oleh teknologi SiC, menawarkan kecekapan dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi dalam penghantaran dan penukaran kuasa.

Apakah yang Dilakukan oleh Cabaran PembuatanSilikon KarbidaMuka?

Walaupun silikon karbida mempunyai potensi pasaran yang luas, proses pembuatannya juga menghadapi beberapa cabaran. Pada mulanya, ketulenan bahan mentah—iaitu butiran atau serbuk SiC—mesti dipastikan. Berikutan ini, penghasilan jongkong SiC yang sangat konsisten (seperti yang digambarkan dalam Rajah 4) memerlukan pengalaman terkumpul pada setiap peringkat pemprosesan berikutnya untuk memastikan kebolehpercayaan produk akhir (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5).

Cabaran unik SiC ialah ia tidak mempunyai fasa cecair, bermakna ia tidak boleh ditanam menggunakan kaedah cair tradisional. Pertumbuhan kristal mesti berlaku di bawah tekanan yang dikawal dengan tepat, menjadikan pembuatan SiC lebih kompleks daripada silikon. Jika kestabilan dikekalkan dalam persekitaran suhu tinggi dan tekanan rendah, SiC akan secara langsung terurai menjadi bahan gas tanpa melalui fasa cecair.

Disebabkan ciri ini, pertumbuhan kristal SiC biasanya menggunakan teknik pemejalwapan atau pengangkutan wap fizikal (PVT). Dalam proses ini, serbuk SiC diletakkan di dalam mangkuk pijar di dalam relau dan dipanaskan pada suhu tinggi (melebihi 2200°C). Apabila SiC menyublim, ia menghablur pada kristal benih untuk membentuk kristal. Bahagian penting dalam kaedah pertumbuhan PVT ialah kristal benih, yang diameternya sama dengan jongkong. Terutamanya, kadar pertumbuhan proses PVT adalah sangat perlahan, kira-kira 0.1 hingga 0.5 milimeter sejam.

Rajah 4: Serbuk Silikon Karbida, Jongkong dan Wafer

Disebabkan oleh kekerasan melampau SiC berbanding silikon,waferproses pembuatan juga lebih kompleks. SiC ialah bahan yang sangat keras, menjadikannya sukar untuk dipotong walaupun dengan gergaji berlian, kekerasan yang membezakannya daripada banyak bahan semikonduktor lain. Walaupun beberapa kaedah kini wujud untuk menghiris jongkong menjadi wafer, kaedah ini berpotensi menyebabkan kecacatan pada kristal tunggal, yang menjejaskan kualiti bahan akhir.

Rajah 5: Proses Pengilangan Silicon Carbide daripada Bahan Mentah kepada Produk Akhir

Selain itu, pengeluaran SiC berskala besar juga menghadapi cabaran. SiC sememangnya mempunyai lebih banyak kecacatan berbanding silikon. Proses dopingnya sangat kompleks, dan menghasilkan wafer SiC bersaiz besar dan bercacat rendah membayangkan kos pembuatan dan pemprosesan yang lebih tinggi. Oleh itu, mewujudkan proses pembangunan yang cekap dan rapi dari awal adalah penting untuk memastikan pengeluaran produk berkualiti tinggi yang konsisten.

Rajah 6: Cabaran - Wafer dan Kecacatan Silikon Karbida

Kami di Semicorex pakar dalamGrafit bersalut SiC/TaCpenyelesaian yang digunakan dalam pembuatan semikonduktor SiC, jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan butiran tambahan, sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami.

Telefon untuk dihubungi: +86-13567891907

E-mel: sales@semicorex.com