大家可能都聽(tīng)說(shuō)過(guò)SiC，那么知道他在汽車(chē)上的作用嗎?對(duì)電動(dòng)汽車(chē)，電信和工業(yè)應(yīng)用中技術(shù)的不斷增長(zhǎng)的需求促使Soitec和Applied Materials共同制定了用于功率器件的下一代碳化硅(SiC)基板的聯(lián)合開(kāi)發(fā)計(jì)劃。該計(jì)劃旨在提供技術(shù)和產(chǎn)品，以改善用于下一代電動(dòng)汽車(chē)的SiC器件的性能和可用性。
“我們期待與Soitec緊密合作，為碳化硅技術(shù)創(chuàng)造材料工程創(chuàng)新，”應(yīng)用材料新市場(chǎng)和聯(lián)盟高級(jí)副總裁Steve Ghanayem說(shuō)。
使用功率器件進(jìn)行設(shè)計(jì)的OEM廠商當(dāng)然希望獲得他們能獲得的最高效的產(chǎn)品，而使III-V半導(dǎo)體(包括SiC)代替硅時(shí)，可能會(huì)提高效率。SiC可以顯著減少功率損耗，并可以提高功率密度、電壓、溫度和頻率，同時(shí)減少散熱。SiC還具有約3倍的禁帶寬，并且在相同的擊穿電壓下，漂移區(qū)的距離可以減小到十分之一。
“高壓SiC器件將快速切換和低損耗完美地結(jié)合在一起，為應(yīng)用程序用戶(hù)提供了前所未有的靈活性，可以選擇中壓和高壓功率轉(zhuǎn)換的拓?fù)洹！盨oitec復(fù)合業(yè)務(wù)部門(mén)總經(jīng)理奧利維爾·博寧(Olivier Bonnin)說(shuō)。
但是有一些因素阻礙了向碳化硅基片的快速過(guò)渡。
“需要更高質(zhì)量的SiC材料來(lái)提高產(chǎn)量(降低缺陷密度)和可靠性。需要提高晶片的平面度以適應(yīng)大批量鑄造中的工藝并降低工藝成本。”電動(dòng)汽車(chē)的未來(lái)將基于從半導(dǎo)體材料和基板層面開(kāi)始的技術(shù)創(chuàng)新。過(guò)去一年中，對(duì)SiC基半導(dǎo)體材料的需求一直在增長(zhǎng)。
Bonnin引用了Yole Developpement的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，SiC功率器件市場(chǎng)將從今天的5.6億美元增長(zhǎng)到2024年的20億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為28%。博寧說(shuō)：“碳化硅很可能成為未來(lái)十年的首選材料。”應(yīng)用材料公司技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃的目標(biāo)是，在Soitec專(zhuān)有的Smart Cut技術(shù)的基礎(chǔ)上，在2020年下半年創(chuàng)建SiC工程襯底的樣品。 Smart Cut技術(shù)目前用于制造絕緣體上硅(SOI)產(chǎn)品，該產(chǎn)品已被芯片制造商廣泛采用。
Bonnin說(shuō)：“ Soitec的技術(shù)旨在通過(guò)在特定的接收器上層轉(zhuǎn)移最優(yōu)質(zhì)的SiC材料并多次回收SiC材料來(lái)解決這些挑戰(zhàn)。”
“ Smart Cut是我們的晶圓鍵合和分層技術(shù)。本質(zhì)上，這是一種將單個(gè)高質(zhì)量SiC晶片變成多個(gè)高質(zhì)量SiC晶片的方法。它是通過(guò)從高質(zhì)量的供體襯底上去除非常薄的晶體材料層并將其粘合到成本/質(zhì)量較低的晶圓上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這導(dǎo)致可以在其上構(gòu)建半導(dǎo)體器件的具有高質(zhì)量表面的多個(gè)晶片。我們相信，我們的Smart Cut技術(shù)適用于SiC，可以在基板和器件級(jí)別上顯著改善質(zhì)量，性能和成本(圖1)。” Olivier說(shuō)。
每個(gè)芯片的開(kāi)關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗將顯著降低，但是在高功率密度的情況下，芯片面積將進(jìn)一步減小，而功率密度將不得不應(yīng)對(duì)有效的熱管理。SiC功率二極管是最早進(jìn)入市場(chǎng)的寬禁帶(WBG)器件之一，已廣泛滲透到特定領(lǐng)域，包括PV轉(zhuǎn)換器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。這些器件可立即提高效率，提高電壓并提高熱性能。這種材料的固有性能帶來(lái)了以下好處：SiC的室溫導(dǎo)熱率超過(guò)300W / mK。
“我們的技術(shù)將利用SiC材料的特性，并借助某些特定的層工程技術(shù)，將其優(yōu)勢(shì)推向新的器件挑戰(zhàn)。” Bonnin說(shuō)。溫度系數(shù)和開(kāi)關(guān)頻率是電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)中的基本要素。與合作伙伴Si相比，其在高溫下的穩(wěn)定性以及在更高開(kāi)關(guān)頻率下的可操作性，使系統(tǒng)的尺寸和重量得以減小，因?yàn)榻M件以較低的外形尺寸取代了笨重的磁性組件。
電氣方面的挑戰(zhàn)將解決開(kāi)關(guān)模式下的電流泄漏問(wèn)題，該問(wèn)題可能導(dǎo)致過(guò)電壓和明顯的振蕩。由于用于控制功率模塊附近電流的電路布局，可以避免這些問(wèn)題。另一個(gè)問(wèn)題與交流電和大地之間的電容耦合有關(guān)：這種耦合在產(chǎn)生大量電磁干擾時(shí)變得至關(guān)重要。同樣，在這種情況下，電源模塊的智能設(shè)計(jì)可以幫助減少這種影響。
成本顯然是要考慮的因素：最大的挑戰(zhàn)是SiC器件的廣泛采用。電氣特性說(shuō)明了它們?nèi)绾文軌蝻@著降低系統(tǒng)成本，但最重要的是真正提高了整體效率。 SiC器件將通過(guò)新的封裝技術(shù)改變應(yīng)用程序。以上就是SiC器件的相關(guān)解析，希望能給大家?guī)椭?/p>