সিলিকন-ভিত্তিক পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টরের তুলনায়, SiC (সিলিকন কার্বাইড) পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টরের ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন, ক্ষতি, তাপ অপচয়, ক্ষুদ্রাকৃতিকরণ ইত্যাদি ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য সুবিধা রয়েছে।
টেসলা কর্তৃক সিলিকন কার্বাইড ইনভার্টারগুলির বৃহৎ পরিসরে উৎপাদনের সাথে সাথে, আরও কোম্পানি সিলিকন কার্বাইড পণ্য বাজারে আনা শুরু করেছে।
SiC এত "অসাধারণ", এটি আসলে কীভাবে তৈরি হয়েছিল? এখন এর প্রয়োগগুলি কী কী? দেখা যাক!
০১ ☆ একজন সিসির জন্ম
অন্যান্য পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টরের মতো, SiC-MOSFET শিল্প শৃঙ্খলে অন্তর্ভুক্ত রয়েছেলম্বা স্ফটিক - সাবস্ট্রেট - এপিট্যাক্সি - নকশা - উৎপাদন - প্যাকেজিং লিঙ্ক।
লম্বা স্ফটিক
দীর্ঘ স্ফটিক সংযোগের সময়, একক স্ফটিক সিলিকন দ্বারা ব্যবহৃত টিরা পদ্ধতির প্রস্তুতির বিপরীতে, সিলিকন কার্বাইড মূলত ভৌত গ্যাস পরিবহন পদ্ধতি (PVT, যা উন্নত Lly বা বীজ স্ফটিক পরমানন্দ পদ্ধতি নামেও পরিচিত), উচ্চ তাপমাত্রার রাসায়নিক গ্যাস জমা পদ্ধতি (HTCVD) পরিপূরক গ্রহণ করে।
☆ মূল ধাপ
1. কার্বনিক কঠিন কাঁচামাল;
২. গরম করার পর, কার্বাইড কঠিন পদার্থ গ্যাসে পরিণত হয়;
৩. বীজ স্ফটিকের পৃষ্ঠে গ্যাস স্থানান্তরিত হয়;
৪. বীজ স্ফটিকের পৃষ্ঠে গ্যাস বৃদ্ধি পেয়ে স্ফটিকের আকার ধারণ করে।
ছবির উৎস: “PVT গ্রোথ সিলিকন কার্বাইড বিচ্ছিন্ন করার প্রযুক্তিগত দিক”
সিলিকন বেসের তুলনায় ভিন্ন কারুশিল্পের কারণে দুটি প্রধান অসুবিধা হয়েছে:
প্রথমত, উৎপাদন কঠিন এবং ফলন কম।কার্বন-ভিত্তিক গ্যাস পর্যায়ের তাপমাত্রা ২৩০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে বৃদ্ধি পায় এবং চাপ ৩৫০ এমপিএ হয়। পুরো অন্ধকার বাক্সটি বাহিত হয় এবং এটি অমেধ্যে মিশ্রিত করা সহজ। সিলিকন বেসের তুলনায় ফলন কম। ব্যাস যত বড় হবে, ফলন তত কম হবে।
দ্বিতীয়টি হল ধীর বৃদ্ধি।PVT পদ্ধতির পরিচালনা খুবই ধীর, গতি প্রায় 0.3-0.5 মিমি/ঘন্টা, এবং এটি 7 দিনে 2 সেমি বৃদ্ধি পেতে পারে। সর্বাধিক মাত্র 3-5 সেমি বৃদ্ধি পেতে পারে, এবং স্ফটিক ইনগটের ব্যাস বেশিরভাগই 4 ইঞ্চি এবং 6 ইঞ্চি।
সিলিকন-ভিত্তিক ৭২এইচ ২-৩ মিটার উচ্চতা পর্যন্ত বৃদ্ধি পেতে পারে, যার ব্যাস প্রায় ৬ ইঞ্চি এবং ৮ ইঞ্চি, নতুন উৎপাদন ক্ষমতা ১২ ইঞ্চি।অতএব, সিলিকন কার্বাইডকে প্রায়শই স্ফটিক ইনগট বলা হয় এবং সিলিকন একটি স্ফটিক স্টিক হয়ে যায়।
কার্বাইড সিলিকন স্ফটিক ইনগট
সাবস্ট্রেট
দীর্ঘ স্ফটিকটি সম্পন্ন হওয়ার পর, এটি সাবস্ট্রেটের উৎপাদন প্রক্রিয়ায় প্রবেশ করে।
লক্ষ্যবস্তুযুক্ত কাটিং, গ্রাইন্ডিং (রুক্ষ গ্রাইন্ডিং, সূক্ষ্ম গ্রাইন্ডিং), পলিশিং (মেকানিক্যাল পলিশিং), অতি-নির্ভুল পলিশিং (রাসায়নিক মেকানিক্যাল পলিশিং) করার পরে, সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেট পাওয়া যায়।
সাবস্ট্রেট মূলত ভূমিকা পালন করেভৌত সহায়তা, তাপ পরিবাহিতা এবং পরিবাহিতার ভূমিকা।প্রক্রিয়াকরণের অসুবিধা হল সিলিকন কার্বাইড উপাদান উচ্চ, খসখসে এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যে স্থিতিশীল। অতএব, ঐতিহ্যবাহী সিলিকন-ভিত্তিক প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতিগুলি সিলিকন কার্বাইড সাবস্ট্রেটের জন্য উপযুক্ত নয়।
কাটিং এফেক্টের গুণমান সরাসরি সিলিকন কার্বাইড পণ্যের কর্মক্ষমতা এবং ব্যবহার দক্ষতা (খরচ) প্রভাবিত করে, তাই এটি ছোট, অভিন্ন পুরুত্ব এবং কম কাটিং হওয়া প্রয়োজন।
বর্তমানে,৪-ইঞ্চি এবং ৬-ইঞ্চি প্রধানত মাল্টি-লাইন কাটিং সরঞ্জাম ব্যবহার করে,সিলিকন স্ফটিকগুলিকে ১ মিমি-এর বেশি পুরুত্বের পাতলা টুকরো করে কাটা।
মাল্টি-লাইন কাটিং স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম
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।
২০১৮ সালে, ইনফিনিয়ন সিলটেক্ট্রা জিএমবিএইচ অধিগ্রহণ করে, যা কোল্ড ক্র্যাকিং নামে পরিচিত একটি উদ্ভাবনী প্রক্রিয়া তৈরি করে।
ঐতিহ্যবাহী মাল্টি-ওয়্যার কাটিং প্রক্রিয়ার 1/4 ক্ষতির সাথে তুলনা করলে,ঠান্ডা ফাটল প্রক্রিয়ায় সিলিকন কার্বাইড উপাদানের মাত্র ১/৮ অংশ নষ্ট হয়েছে।
এক্সটেনশন
যেহেতু সিলিকন কার্বাইড উপাদান সরাসরি সাবস্ট্রেটে পাওয়ার ডিভাইস তৈরি করতে পারে না, তাই এক্সটেনশন লেয়ারে বিভিন্ন ডিভাইসের প্রয়োজন হয়।
অতএব, সাবস্ট্রেটের উৎপাদন সম্পন্ন হওয়ার পর, এক্সটেনশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সাবস্ট্রেটের উপর একটি নির্দিষ্ট একক স্ফটিক পাতলা ফিল্ম তৈরি করা হয়।
বর্তমানে, রাসায়নিক গ্যাস জমা পদ্ধতি (CVD) প্রক্রিয়াটি মূলত ব্যবহৃত হয়।
ডিজাইন
সাবস্ট্রেট তৈরির পর, এটি পণ্য নকশা পর্যায়ে প্রবেশ করে।
MOSFET-এর জন্য, নকশা প্রক্রিয়ার কেন্দ্রবিন্দু হল খাঁজের নকশা,একদিকে পেটেন্ট লঙ্ঘন এড়াতে(ইনফিনিয়ন, রোহম, এসটি, ইত্যাদির পেটেন্ট লেআউট আছে), এবং অন্যদিকেউৎপাদনযোগ্যতা এবং উৎপাদন খরচ মেটাতে।
ওয়েফার তৈরি
পণ্যের নকশা সম্পন্ন হওয়ার পর, এটি ওয়েফার উৎপাদন পর্যায়ে প্রবেশ করে,এবং প্রক্রিয়াটি প্রায় সিলিকনের মতোই, যার প্রধানত নিম্নলিখিত 5টি ধাপ রয়েছে।
☆ধাপ ১: মাস্কটি ইনজেক্ট করুন
সিলিকন অক্সাইড (SiO2) ফিল্মের একটি স্তর তৈরি করা হয়, ফটোরেজিস্ট লেপ দেওয়া হয়, হোমোজেনাইজেশন, এক্সপোজার, ডেভেলপমেন্ট ইত্যাদি ধাপের মাধ্যমে ফটোরেজিস্ট প্যাটার্ন তৈরি করা হয় এবং এচিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে চিত্রটি অক্সাইড ফিল্মে স্থানান্তরিত হয়।
☆ধাপ ২: আয়ন ইমপ্লান্টেশন
মুখোশযুক্ত সিলিকন কার্বাইড ওয়েফারটি একটি আয়ন ইমপ্লান্টারের মধ্যে স্থাপন করা হয়, যেখানে অ্যালুমিনিয়াম আয়নগুলিকে একটি P-টাইপ ডোপিং জোন তৈরি করতে ইনজেক্ট করা হয় এবং ইমপ্লান্ট করা অ্যালুমিনিয়াম আয়নগুলিকে সক্রিয় করার জন্য অ্যানিল করা হয়।
অক্সাইড ফিল্মটি সরানো হয়, নাইট্রোজেন আয়নগুলিকে P-টাইপ ডোপিং অঞ্চলের একটি নির্দিষ্ট অঞ্চলে ইনজেক্ট করা হয় যাতে ড্রেন এবং উৎসের একটি N-টাইপ পরিবাহী অঞ্চল তৈরি হয়, এবং ইমপ্লান্ট করা নাইট্রোজেন আয়নগুলিকে সক্রিয় করার জন্য অ্যানিল করা হয়।
☆ধাপ ৩: গ্রিড তৈরি করুন
গ্রিড তৈরি করুন। উৎস এবং ড্রেনের মধ্যবর্তী স্থানে, উচ্চ তাপমাত্রার জারণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে গেট অক্সাইড স্তর প্রস্তুত করা হয় এবং গেট ইলেকট্রোড স্তরটি গেট নিয়ন্ত্রণ কাঠামো তৈরির জন্য জমা করা হয়।
☆ধাপ ৪: প্যাসিভেশন স্তর তৈরি করা
প্যাসিভেশন স্তর তৈরি করা হয়। ইন্টারইলেকট্রোড ভাঙ্গন রোধ করার জন্য ভালো ইনসুলেশন বৈশিষ্ট্য সহ একটি প্যাসিভেশন স্তর জমা করুন।
☆ধাপ ৫: ড্রেন-সোর্স ইলেকট্রোড তৈরি করুন
নিষ্কাশন এবং উৎস তৈরি করুন। নিষ্ক্রিয়করণ স্তরটি ছিদ্রযুক্ত এবং ধাতু ছিটিয়ে একটি নিষ্কাশন এবং উৎস তৈরি করা হয়।
ছবির সূত্র: জিনসি ক্যাপিটাল
যদিও সিলিকন কার্বাইড উপকরণের বৈশিষ্ট্যের কারণে প্রক্রিয়া স্তর এবং সিলিকন ভিত্তিক মধ্যে খুব কম পার্থক্য রয়েছে,আয়ন ইমপ্লান্টেশন এবং অ্যানিলিং উচ্চ তাপমাত্রার পরিবেশে করা প্রয়োজন(১৬০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত), উচ্চ তাপমাত্রা উপাদানের জালির কাঠামোকে প্রভাবিত করবে এবং অসুবিধা ফলনকেও প্রভাবিত করবে।
এছাড়াও, MOSFET উপাদানগুলির জন্য,গেট অক্সিজেনের গুণমান সরাসরি চ্যানেলের গতিশীলতা এবং গেটের নির্ভরযোগ্যতাকে প্রভাবিত করেকারণ সিলিকন কার্বাইড উপাদানে দুই ধরণের সিলিকন এবং কার্বন পরমাণু থাকে।
অতএব, একটি বিশেষ গেট মিডিয়াম গ্রোথ পদ্ধতি প্রয়োজন (আরেকটি বিষয় হল সিলিকন কার্বাইড শীট স্বচ্ছ, এবং ফটোলিথোগ্রাফি পর্যায়ে অবস্থান সারিবদ্ধকরণ সিলিকনের জন্য কঠিন)।
ওয়েফার তৈরি সম্পন্ন হওয়ার পর, পৃথক চিপটিকে একটি খালি চিপে কাটা হয় এবং উদ্দেশ্য অনুসারে প্যাকেজ করা যেতে পারে। বিচ্ছিন্ন ডিভাইসের জন্য সাধারণ প্রক্রিয়া হল TO প্যাকেজ।
TO-247 প্যাকেজে 650V CoolSiC™ MOSFETs
ছবি: ইনফিনিয়ন
স্বয়ংচালিত ক্ষেত্রে উচ্চ শক্তি এবং তাপ অপচয়ের প্রয়োজনীয়তা রয়েছে এবং কখনও কখনও সরাসরি ব্রিজ সার্কিট (অর্ধেক সেতু বা পূর্ণ সেতু, অথবা সরাসরি ডায়োড দিয়ে প্যাকেজ করা) তৈরি করা প্রয়োজন হয়।
অতএব, এটি প্রায়শই সরাসরি মডিউল বা সিস্টেমে প্যাকেজ করা হয়। একটি একক মডিউলে প্যাকেজ করা চিপের সংখ্যা অনুসারে, সাধারণ ফর্ম হল 1-এ 1 (BorgWarner), 6-এ 1 (Infineon), ইত্যাদি, এবং কিছু কোম্পানি একটি একক-টিউব সমান্তরাল স্কিম ব্যবহার করে।
বোর্গওয়ার্নার ভাইপার
দ্বি-পার্শ্বযুক্ত জল শীতলকরণ এবং SiC-MOSFET সমর্থন করে
Infineon CoolSiC™ MOSFET মডিউল
সিলিকনের বিপরীতে,সিলিকন কার্বাইড মডিউলগুলি উচ্চতর তাপমাত্রায়, প্রায় 200 ডিগ্রি সেলসিয়াসে কাজ করে।
ঐতিহ্যবাহী নরম সোল্ডার তাপমাত্রা গলনাঙ্কের তাপমাত্রা কম, তাপমাত্রার প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না। অতএব, সিলিকন কার্বাইড মডিউলগুলি প্রায়শই কম-তাপমাত্রার সিলভার সিন্টারিং ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়া ব্যবহার করে।
মডিউলটি সম্পন্ন হওয়ার পরে, এটি যন্ত্রাংশ সিস্টেমে প্রয়োগ করা যেতে পারে।
টেসলা মডেল৩ মোটর কন্ট্রোলার
বেয়ার চিপটি ST, স্ব-উন্নত প্যাকেজ এবং বৈদ্যুতিক ড্রাইভ সিস্টেম থেকে আসে
☆02 SiC এর আবেদনের অবস্থা?
মোটরগাড়ি ক্ষেত্রে, বিদ্যুৎ ডিভাইসগুলি প্রধানত ব্যবহৃত হয়ডিসিডিসি, ওবিসি, মোটর ইনভার্টার, বৈদ্যুতিক এয়ার কন্ডিশনিং ইনভার্টার, ওয়্যারলেস চার্জিং এবং অন্যান্য যন্ত্রাংশযার জন্য AC/DC দ্রুত রূপান্তর প্রয়োজন (DCDC মূলত একটি দ্রুত সুইচ হিসেবে কাজ করে)।
ছবি: বোর্গওয়ার্নার
সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণের তুলনায়, SIC উপকরণগুলির উচ্চতরগুরুত্বপূর্ণ তুষারপাত ভাঙ্গন ক্ষেত্রের শক্তি(৩×১০৬V/সেমি),উন্নত তাপ পরিবাহিতা(৪৯ ওয়াট/এমকে) এবংবিস্তৃত ব্যান্ড গ্যাপ(৩.২৬ইভি)।
ব্যান্ড গ্যাপ যত প্রশস্ত হবে, লিকেজ কারেন্ট তত কম হবে এবং দক্ষতা তত বেশি হবে। তাপ পরিবাহিতা যত ভালো হবে, কারেন্টের ঘনত্ব তত বেশি হবে। গুরুত্বপূর্ণ তুষারপাতের ভাঙ্গন ক্ষেত্র যত শক্তিশালী হবে, ডিভাইসের ভোল্টেজ প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করা যেতে পারে।
অতএব, অন-বোর্ড উচ্চ ভোল্টেজের ক্ষেত্রে, বিদ্যমান সিলিকন-ভিত্তিক IGBT এবং FRD সংমিশ্রণ প্রতিস্থাপনের জন্য সিলিকন কার্বাইড উপকরণ দ্বারা প্রস্তুত MOSFET এবং SBD কার্যকরভাবে শক্তি এবং দক্ষতা উন্নত করতে পারে,বিশেষ করে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশন পরিস্থিতিতে সুইচিং লস কমাতে।
বর্তমানে, মোটর ইনভার্টারগুলিতে এটি বৃহৎ আকারের অ্যাপ্লিকেশন অর্জনের সম্ভাবনা সবচেয়ে বেশি, তারপরে OBC এবং DCDC রয়েছে।
৮০০V ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্ম
৮০০V ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্মে, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির সুবিধা এন্টারপ্রাইজগুলিকে SiC-MOSFET সমাধান বেছে নেওয়ার দিকে বেশি ঝুঁকে ফেলে। অতএব, বর্তমান ৮০০V ইলেকট্রনিক নিয়ন্ত্রণ পরিকল্পনার বেশিরভাগই SiC-MOSFET।
প্ল্যাটফর্ম-স্তরের পরিকল্পনার মধ্যে রয়েছেআধুনিক ই-জিএমপি, জিএম ওটেনার্জি - পিকআপ ফিল্ড, পোর্শে পিপিই, এবং টেসলা ইপিএ।পোর্শে পিপিই প্ল্যাটফর্ম মডেলগুলি ছাড়া যেগুলি স্পষ্টভাবে SiC-MOSFET বহন করে না (প্রথম মডেলটি সিলিকা-ভিত্তিক IGBT), অন্যান্য যানবাহন প্ল্যাটফর্মগুলি SiC-MOSFET স্কিম গ্রহণ করে।
ইউনিভার্সাল আল্ট্রা এনার্জি প্ল্যাটফর্ম
800V মডেল পরিকল্পনা আরও বেশি,গ্রেট ওয়াল স্যালন ব্র্যান্ড জিয়াগিরং, বেইকি পোল ফক্স এস এইচআই সংস্করণ, আদর্শ গাড়ি S01 এবং W01, জিয়াওপেং জি9, বিএমডব্লিউ এনকে1, Changan Avita E11 জানিয়েছে যে এটি 800V প্ল্যাটফর্ম বহন করবে, BYD, Lantu, GAC 'an, Mercedes-Benz, zero Run, FAW Red Flag ছাড়াও, Volkswagen আরও জানিয়েছে যে 800V প্রযুক্তির গবেষণায় রয়েছে।
Tier1 সরবরাহকারীদের দ্বারা প্রাপ্ত 800V অর্ডারের পরিস্থিতি থেকে,বোর্গওয়ার্নার, উইপাই টেকনোলজি, জেডএফ, ইউনাইটেড ইলেকট্রনিক্স এবং হুইচুয়ানঘোষিত সকল ৮০০V বৈদ্যুতিক ড্রাইভ অর্ডার।
৪০০ ভোল্ট ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্ম
৪০০V ভোল্টেজ প্ল্যাটফর্মে, SiC-MOSFET মূলত উচ্চ শক্তি এবং শক্তি ঘনত্ব এবং উচ্চ দক্ষতার বিবেচনায় রয়েছে।
যেমন টেসলা মডেল 3\Y মোটর যা এখন ব্যাপকভাবে উৎপাদিত হয়েছে, BYD হানহো মোটরের সর্বোচ্চ শক্তি প্রায় 200Kw (টেসলা 202Kw, 194Kw, 220Kw, BYD 180Kw), NIO ET7 থেকে শুরু করে SiC-MOSFET পণ্য এবং পরে তালিকাভুক্ত ET5 ব্যবহার করবে। সর্বোচ্চ শক্তি 240Kw (ET5 210Kw)।
এছাড়াও, উচ্চ দক্ষতার দৃষ্টিকোণ থেকে, কিছু উদ্যোগ সহায়ক বন্যা SiC-MOSFET পণ্যের সম্ভাব্যতাও অন্বেষণ করছে।
পোস্টের সময়: জুলাই-০৮-২০২৩
