সিলিকন-ভিত্তিক পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টরগুলির সাথে তুলনা করে, SiC (সিলিকন কার্বাইড) পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টরগুলির সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি, ক্ষতি, তাপ অপচয়, ক্ষুদ্রকরণ ইত্যাদিতে উল্লেখযোগ্য সুবিধা রয়েছে।
টেসলা দ্বারা সিলিকন কার্বাইড ইনভার্টারের বড় আকারের উৎপাদনের সাথে, আরও কোম্পানিগুলিও সিলিকন কার্বাইড পণ্যগুলি অবতরণ করতে শুরু করেছে।
SiC এত "আশ্চর্যজনক", পৃথিবীতে এটি কীভাবে তৈরি হয়েছিল? এখন অ্যাপ্লিকেশন কি? দেখা যাক!
01 ☆ একজন SiC এর জন্ম
অন্যান্য পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টরের মতো, SIC-MOSFET শিল্প চেইন অন্তর্ভুক্তদীর্ঘ ক্রিস্টাল – সাবস্ট্রেট – এপিটাক্সি – ডিজাইন – ম্যানুফ্যাকচারিং – প্যাকেজিং লিঙ্ক।
লম্বা স্ফটিক
দীর্ঘ স্ফটিক সংযোগের সময়, একক ক্রিস্টাল সিলিকন দ্বারা ব্যবহৃত টিরা পদ্ধতির প্রস্তুতির বিপরীতে, সিলিকন কার্বাইড প্রধানত ভৌত গ্যাস পরিবহন পদ্ধতি গ্রহণ করে (PVT, যা উন্নত Lly বা বীজ স্ফটিক পরমানন্দ পদ্ধতি নামেও পরিচিত), উচ্চ তাপমাত্রার রাসায়নিক গ্যাস জমা পদ্ধতি (HTCVD)। ) পরিপূরক।
☆ মূল পদক্ষেপ
1. কার্বনিক কঠিন কাঁচামাল;
2. গরম করার পরে, কার্বাইড কঠিন গ্যাসে পরিণত হয়;
3. বীজ স্ফটিকের পৃষ্ঠে গ্যাস সরানো;
4. বীজ স্ফটিকের উপরিভাগে গ্যাস একটি স্ফটিকে পরিণত হয়।
ছবির উৎস: "প্রযুক্তিগত পয়েন্ট টু পিভিটি গ্রোথ সিলিকন কার্বাইড বিচ্ছিন্ন করা"
সিলিকন বেসের তুলনায় বিভিন্ন কারুশিল্প দুটি প্রধান অসুবিধা সৃষ্টি করেছে:
প্রথমত, উৎপাদন কঠিন এবং ফলন কম।কার্বন-ভিত্তিক গ্যাস পর্যায়ের তাপমাত্রা 2300 ° C এর উপরে বৃদ্ধি পায় এবং চাপ 350MPa হয়। সম্পূর্ণ অন্ধকার বাক্স বাহিত হয়, এবং এটা অমেধ্য মধ্যে মিশ্রিত করা সহজ. ফলন সিলিকন বেস থেকে কম। ব্যাস যত বড় হবে ফলন তত কম।
দ্বিতীয়টি ধীর বৃদ্ধি।PVT পদ্ধতির পরিচালনা খুবই ধীর, গতি প্রায় 0.3-0.5mm/h, এবং এটি 7 দিনে 2cm বৃদ্ধি পেতে পারে। সর্বাধিক মাত্র 3-5 সেমি বাড়তে পারে এবং ক্রিস্টাল ইঙ্গটের ব্যাস বেশিরভাগই 4 ইঞ্চি এবং 6 ইঞ্চি।
সিলিকন-ভিত্তিক 72H 2-3 মিটার উচ্চতায় বৃদ্ধি পেতে পারে, যার ব্যাস বেশিরভাগই 6 ইঞ্চি এবং 8-ইঞ্চি নতুন উত্পাদন ক্ষমতা 12 ইঞ্চি।অতএব, সিলিকন কার্বাইডকে প্রায়ই ক্রিস্টাল ইংগট বলা হয় এবং সিলিকন একটি স্ফটিক স্টিক হয়ে যায়।
কার্বাইড সিলিকন স্ফটিক ingots
সাবস্ট্রেট
দীর্ঘ স্ফটিক সম্পন্ন হওয়ার পরে, এটি স্তরটির উত্পাদন প্রক্রিয়াতে প্রবেশ করে।
লক্ষ্যবস্তু কাটা, নাকাল (রুক্ষ নাকাল, সূক্ষ্ম নাকাল), মসৃণতা (যান্ত্রিক মসৃণতা), আল্ট্রা-প্রিসিশন পলিশিং (রাসায়নিক যান্ত্রিক পলিশিং) করার পরে, সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেট পাওয়া যায়।
সাবস্ট্রেট প্রধানত খেলেশারীরিক সমর্থন, তাপ পরিবাহিতা এবং পরিবাহিতা ভূমিকা.প্রক্রিয়াকরণের অসুবিধা হল যে সিলিকন কার্বাইড উপাদান উচ্চ, খাস্তা এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যে স্থিতিশীল। অতএব, ঐতিহ্যগত সিলিকন-ভিত্তিক প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের জন্য উপযুক্ত নয়।
কাটিয়া প্রভাবের গুণমান সরাসরি সিলিকন কার্বাইড পণ্যগুলির কার্যকারিতা এবং ব্যবহারের দক্ষতা (খরচ) প্রভাবিত করে, তাই এটি ছোট, অভিন্ন বেধ এবং কম কাটিয়া হওয়া প্রয়োজন।
বর্তমানে,4-ইঞ্চি এবং 6-ইঞ্চি প্রধানত মাল্টি-লাইন কাটিয়া সরঞ্জাম ব্যবহার করে,সিলিকন ক্রিস্টালগুলিকে 1 মিমি-এর বেশি পুরুত্ব সহ পাতলা স্লাইসগুলিতে কাটা।
মাল্টি লাইন কাটিং পরিকল্পিত চিত্র
ভবিষ্যতে, কার্বনাইজড সিলিকন ওয়েফারের আকার বৃদ্ধির সাথে সাথে, উপাদান ব্যবহারের প্রয়োজনীয়তা বৃদ্ধি পাবে এবং লেজার স্লাইসিং এবং কোল্ড সেপারেশনের মতো প্রযুক্তিগুলিও ধীরে ধীরে প্রয়োগ করা হবে।
2018 সালে, Infineon Siltectra GmbH অধিগ্রহণ করেছে, যা কোল্ড ক্র্যাকিং নামে পরিচিত একটি উদ্ভাবনী প্রক্রিয়া তৈরি করেছে।
প্রথাগত মাল্টি-ওয়্যার কাটার প্রক্রিয়া 1/4 ক্ষতির সাথে তুলনা করে,ঠান্ডা ক্র্যাকিং প্রক্রিয়া শুধুমাত্র 1/8 সিলিকন কার্বাইড উপাদান হারিয়েছে.
এক্সটেনশন
যেহেতু সিলিকন কার্বাইড উপাদান সরাসরি সাবস্ট্রেটে পাওয়ার ডিভাইস তৈরি করতে পারে না, তাই এক্সটেনশন লেয়ারে বিভিন্ন ডিভাইসের প্রয়োজন হয়।
অতএব, সাবস্ট্রেটের উত্পাদন সম্পন্ন হওয়ার পরে, এক্সটেনশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে একটি নির্দিষ্ট একক স্ফটিক পাতলা ফিল্ম সাবস্ট্রেটের উপরে জন্মানো হয়।
বর্তমানে, রাসায়নিক গ্যাস জমা পদ্ধতি (CVD) প্রক্রিয়া প্রধানত ব্যবহৃত হয়।
ডিজাইন
সাবস্ট্রেট তৈরি হওয়ার পরে, এটি পণ্যের নকশা পর্যায়ে প্রবেশ করে।
MOSFET-এর জন্য, নকশা প্রক্রিয়ার ফোকাস হল খাঁজের নকশা,একদিকে পেটেন্ট লঙ্ঘন এড়াতে(Infineon, Rohm, ST, ইত্যাদির পেটেন্ট লেআউট আছে), এবং অন্যদিকেউত্পাদনশীলতা এবং উত্পাদন খরচ মেটান।
ওয়েফার ফ্যাব্রিকেশন
পণ্যের নকশা সম্পন্ন হওয়ার পরে, এটি ওয়েফার উত্পাদন পর্যায়ে প্রবেশ করে,এবং প্রক্রিয়াটি মোটামুটিভাবে সিলিকনের মতো, যার প্রধানত নিম্নলিখিত 5টি ধাপ রয়েছে।
☆ ধাপ 1: মাস্কটি ইনজেক্ট করুন
সিলিকন অক্সাইড (SiO2) ফিল্মের একটি স্তর তৈরি করা হয়, ফটোরেসিস্টকে প্রলিপ্ত করা হয়, ফটোরেসিস্ট প্যাটার্নটি সমজাতীয়করণ, এক্সপোজার, বিকাশ ইত্যাদি ধাপের মাধ্যমে গঠিত হয় এবং চিত্রটি এচিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে অক্সাইড ফিল্মে স্থানান্তরিত হয়।
☆ধাপ 2: আয়ন ইমপ্লান্টেশন
মুখোশযুক্ত সিলিকন কার্বাইড ওয়েফারটি একটি আয়ন ইমপ্লান্টারে স্থাপন করা হয়, যেখানে অ্যালুমিনিয়াম আয়নগুলিকে একটি পি-টাইপ ডোপিং জোন গঠনের জন্য ইনজেকশন দেওয়া হয় এবং ইমপ্লান্ট করা অ্যালুমিনিয়াম আয়নগুলিকে সক্রিয় করতে অ্যানিল করা হয়।
অক্সাইড ফিল্ম অপসারণ করা হয়, নাইট্রোজেন আয়নগুলিকে পি-টাইপ ডোপিং অঞ্চলের একটি নির্দিষ্ট অঞ্চলে ইনজেকশন দেওয়া হয় যাতে ড্রেন এবং উত্সের একটি এন-টাইপ পরিবাহী অঞ্চল তৈরি করা হয় এবং ইমপ্লান্ট করা নাইট্রোজেন আয়নগুলিকে সক্রিয় করার জন্য অ্যানিল করা হয়।
☆ ধাপ 3: গ্রিড তৈরি করুন
গ্রিড তৈরি করুন। উত্স এবং ড্রেনের মধ্যবর্তী অঞ্চলে, গেট অক্সাইড স্তরটি উচ্চ তাপমাত্রার জারণ প্রক্রিয়া দ্বারা প্রস্তুত করা হয় এবং গেট ইলেক্ট্রোড স্তরটি গেট নিয়ন্ত্রণ কাঠামো গঠনের জন্য জমা হয়।
☆ ধাপ 4: প্যাসিভেশন স্তর তৈরি করা
প্যাসিভেশন স্তর তৈরি করা হয়। ইন্টারলেক্ট্রোড ভাঙ্গন রোধ করতে ভাল নিরোধক বৈশিষ্ট্য সহ একটি প্যাসিভেশন স্তর জমা করুন।
☆ ধাপ 5: ড্রেন-সোর্স ইলেক্ট্রোড তৈরি করুন
ড্রেন এবং উৎস তৈরি করুন। প্যাসিভেশন স্তরটি ছিদ্রযুক্ত এবং ধাতু ছিদ্র করে একটি ড্রেন এবং একটি উত্স তৈরি করে।
ছবির সূত্র: জিনসি ক্যাপিটাল
যদিও সিলিকন কার্বাইড উপাদানগুলির বৈশিষ্ট্যের কারণে প্রক্রিয়া স্তর এবং সিলিকন ভিত্তিক মধ্যে সামান্য পার্থক্য রয়েছে,আয়ন ইমপ্লান্টেশন এবং অ্যানিলিং একটি উচ্চ তাপমাত্রার পরিবেশে করা দরকার(1600 ° C পর্যন্ত), উচ্চ তাপমাত্রা উপাদানের জালিকা কাঠামোকে প্রভাবিত করবে এবং অসুবিধা ফলনকেও প্রভাবিত করবে।
উপরন্তু, MOSFET উপাদানগুলির জন্য,গেট অক্সিজেনের গুণমান সরাসরি চ্যানেলের গতিশীলতা এবং গেটের নির্ভরযোগ্যতাকে প্রভাবিত করে, কারণ সিলিকন কার্বাইড উপাদানে দুটি ধরণের সিলিকন এবং কার্বন পরমাণু রয়েছে।
অতএব, একটি বিশেষ গেট মাঝারি বৃদ্ধি পদ্ধতি প্রয়োজন (আরেকটি পয়েন্ট হল যে সিলিকন কার্বাইড শীটটি স্বচ্ছ, এবং ফটোলিথোগ্রাফি পর্যায়ে অবস্থানের প্রান্তিককরণ সিলিকনের পক্ষে কঠিন)।
ওয়েফার উত্পাদন সম্পন্ন হওয়ার পরে, পৃথক চিপটি একটি খালি চিপে কাটা হয় এবং উদ্দেশ্য অনুসারে প্যাকেজ করা যায়। বিচ্ছিন্ন ডিভাইসগুলির জন্য সাধারণ প্রক্রিয়া হল TO প্যাকেজ।
TO-247 প্যাকেজে 650V CoolSiC™ MOSFETs
ছবি: ইনফিনন
স্বয়ংচালিত ক্ষেত্রের উচ্চ শক্তি এবং তাপ অপচয়ের প্রয়োজনীয়তা রয়েছে এবং কখনও কখনও এটি সরাসরি সেতু সার্কিট (অর্ধ সেতু বা সম্পূর্ণ সেতু, বা সরাসরি ডায়োড দিয়ে প্যাকেজ করা) তৈরি করা প্রয়োজন।
অতএব, এটি প্রায়শই সরাসরি মডিউল বা সিস্টেমে প্যাকেজ করা হয়। একটি একক মডিউলে প্যাকেজ করা চিপগুলির সংখ্যা অনুসারে, সাধারণ ফর্ম হল 1-এর মধ্যে 1 (BorgWarner), 6-এর মধ্যে 1 (Infineon), ইত্যাদি, এবং কিছু কোম্পানি একটি একক-টিউব সমান্তরাল স্কিম ব্যবহার করে।
Borgwarner ভাইপার
ডাবল-পার্শ্বযুক্ত জল শীতল এবং SiC-MOSFET সমর্থন করে
Infineon CoolSiC™ MOSFET মডিউল
সিলিকনের বিপরীতে,সিলিকন কার্বাইড মডিউলগুলি একটি উচ্চ তাপমাত্রায় কাজ করে, প্রায় 200 ডিগ্রি সেলসিয়াস।
ঐতিহ্যগত নরম ঝাল তাপমাত্রা গলনাঙ্ক তাপমাত্রা কম, তাপমাত্রা প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না. অতএব, সিলিকন কার্বাইড মডিউলগুলি প্রায়ই কম-তাপমাত্রার সিলভার সিন্টারিং ঢালাই প্রক্রিয়া ব্যবহার করে।
মডিউলটি সম্পন্ন হওয়ার পরে, এটি যন্ত্রাংশ সিস্টেমে প্রয়োগ করা যেতে পারে।
টেসলা মডেল 3 মোটর কন্ট্রোলার
বেয়ার চিপটি এসটি, স্ব-উন্নত প্যাকেজ এবং বৈদ্যুতিক ড্রাইভ সিস্টেম থেকে আসে
☆02 SiC এর আবেদনের অবস্থা?
স্বয়ংচালিত ক্ষেত্রে, পাওয়ার ডিভাইসগুলি প্রধানত ব্যবহৃত হয়DCDC, OBC, মোটর ইনভার্টার, বৈদ্যুতিক এয়ার কন্ডিশনার ইনভার্টার, ওয়্যারলেস চার্জিং এবং অন্যান্য অংশযেগুলির জন্য AC/DC দ্রুত রূপান্তর প্রয়োজন (DCDC প্রধানত একটি দ্রুত সুইচ হিসাবে কাজ করে)।
ছবি: বোর্গওয়ার্নার
সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণের তুলনায়, এসআইসি উপকরণগুলির উচ্চতর রয়েছেগুরুতর তুষারপাত ভাঙ্গন ক্ষেত্রের শক্তি(3×106V/সেমি),ভাল তাপ পরিবাহিতা(49W/mK) এবংবিস্তৃত ব্যান্ড ফাঁক(3.26eV)।
ব্যান্ডের ব্যবধান যত বেশি হবে, লিকেজ কারেন্ট তত কম হবে এবং দক্ষতা তত বেশি হবে। তাপ পরিবাহিতা যত ভাল, বর্তমান ঘনত্ব তত বেশি। ক্রিটিক্যাল অ্যাভালাঞ্চ ব্রেকডাউন ফিল্ড যত শক্তিশালী হবে, ডিভাইসের ভোল্টেজ রেজিস্ট্যান্স উন্নত করা যাবে।
তাই, অন-বোর্ড হাই ভোল্টেজের ক্ষেত্রে, বিদ্যমান সিলিকন-ভিত্তিক আইজিবিটি এবং এফআরডি সংমিশ্রণকে প্রতিস্থাপন করতে সিলিকন কার্বাইড সামগ্রী দ্বারা প্রস্তুত এমওএসএফইটি এবং এসবিডি কার্যকরভাবে শক্তি এবং দক্ষতা উন্নত করতে পারে,বিশেষ করে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশন পরিস্থিতিতে সুইচিং ক্ষতি কমাতে.
বর্তমানে, এটি মোটর ইনভার্টারে বড় আকারের অ্যাপ্লিকেশন অর্জন করার সম্ভাবনা সবচেয়ে বেশি, এর পরে ওবিসি এবং ডিসিডিসি।
800V ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্ম
800V ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্মে, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির সুবিধা এন্টারপ্রাইজগুলিকে SiC-MOSFET সলিউশন বেছে নিতে আরও বেশি ঝোঁক দেয়। অতএব, বর্তমান 800V ইলেকট্রনিক নিয়ন্ত্রণ পরিকল্পনা SiC-MOSFET অধিকাংশ.
প্ল্যাটফর্ম-স্তরের পরিকল্পনা অন্তর্ভুক্তআধুনিক ই-জিএমপি, জিএম ওটেনার্জি – পিকআপ ফিল্ড, পোর্শে পিপিই এবং টেসলা ইপিএ।Porsche PPE প্ল্যাটফর্ম মডেলগুলি ছাড়া যেগুলি স্পষ্টভাবে SiC-MOSFET বহন করে না (প্রথম মডেলটি হল সিলিকা-ভিত্তিক IGBT), অন্যান্য যানবাহন প্ল্যাটফর্মগুলি SiC-MOSFET স্কিমগুলি গ্রহণ করে।
ইউনিভার্সাল আল্ট্রা এনার্জি প্ল্যাটফর্ম
800V মডেল পরিকল্পনা আরও বেশি,গ্রেট ওয়াল সেলুন ব্র্যান্ড জিয়াগিরং, বেইকি পোল ফক্স এস HI সংস্করণ, আদর্শ গাড়ি S01 এবং W01, Xiaopeng G9, BMW NK1, Changan Avita E11 এটা 800V প্ল্যাটফর্ম বহন করবে বলেছে, BYD ছাড়াও, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, শূন্য রান, FAW রেড ফ্ল্যাগ, Volkswagen এছাড়াও গবেষণায় 800V প্রযুক্তি বলেছে।
Tier1 সরবরাহকারীদের দ্বারা প্রাপ্ত 800V অর্ডারের পরিস্থিতি থেকে,BorgWarner, Wipai প্রযুক্তি, ZF, United Electronics, এবং Huichuanসমস্ত 800V বৈদ্যুতিক ড্রাইভ আদেশ ঘোষণা.
400V ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্ম
400V ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্মে, SiC-MOSFET প্রধানত উচ্চ শক্তি এবং পাওয়ার ঘনত্ব এবং উচ্চ দক্ষতার বিবেচনায়।
যেমন টেসলা মডেল 3\Y মোটর যা এখন ব্যাপকভাবে উত্পাদিত হয়েছে, BYD Hanhou মোটরের সর্বোচ্চ শক্তি প্রায় 200Kw (Tesla 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO এছাড়াও SiC-MOSFET7 পণ্যগুলি ব্যবহার করবে এবং ET5 যা পরে তালিকাভুক্ত করা হবে। সর্বোচ্চ শক্তি হল 240Kw (ET5 210Kw)।
উপরন্তু, উচ্চ দক্ষতার দৃষ্টিকোণ থেকে, কিছু উদ্যোগ সহায়ক বন্যা SiC-MOSFET পণ্যগুলির সম্ভাব্যতাও অন্বেষণ করছে।
পোস্টের সময়: জুলাই-০৮-২০২৩
