كشفت شركة متخصصة في كربيد السيليكون مؤخرًا، خلال فعالية عبر الإنترنت، أن سعر رقائق كربيد السيليكون بحجم 6 بوصات يتراوح بين 20,000 و30,000 يوان صيني للرقاقة الواحدة، والتي يمكن تصنيع ما بين 350 و700 ترانزستور MOSFET من كربيد السيليكون المستخدم في صناعة السيارات. ويبلغ سعر أجهزة كربيد السيليكون حاليًا ما بين 4 و5 أضعاف سعر أجهزة السيليكون. وتتوقع بعض الجهات أن ينخفض ​​سعر أجهزة كربيد السيليكون إلى حوالي 1.5 ضعف سعر أجهزة السيليكون بحلول عام 2025، ولكن كيف يمكن تحقيق ذلك؟

أظهرت دراسة أجريت على مدى ثلاثة أجيال ونصف حول اتجاه الرياح، أن جامعة ولاية كارولينا الشمالية (NCSU) أعلنت مؤخرًا عن أحدث التطورات في تكنولوجيا كربيد السيليكون، وكان الهدف هوخفض سعر كربيد السيليكون إلى 1.5 ضعف سعر رقائق السيليكون فقطتشير التقارير إلى أن هذه التقنية تُسهّل على الشركات دخول مجال كربيد السيليكون، وتُمكّنها في نهاية المطاف من مشاركة مصانع الرقائق وعمليات التصنيع، ما يُغنيها عن استثمار الوقت والموارد المالية في تطوير عمليات تقنية خاصة. علاوة على ذلك، يُمكن إنتاج هذه التقنية في مصانع الرقائق التقليدية، وقد بدأ بالفعل إنتاج رقائق كربيد السيليكون كبيرة الحجم بكميات كبيرة. تشمل المنتجات المتوفرة في السوق حاليًا ترانزستورات JBS بقدرة 1.2 كيلوفولت، وموسفتات الطاقة، وترانزستورات JBSFET.تصل نسبة العائد إلى 90%.

قال المخترع الرئيسي لهذه التقنية، وهو أيضاً مخترع جهاز IGBT، إن هذه التقنيات، إذا نجحت، يمكن أن تحل محل جهاز IGBT في يوم من الأيام.

(للحصول على النسخة الكاملة من المقال، يرجى الرد على "مشاركة التكنولوجيا" عبر رسالة خاصة، أو إضافة مساعدة "ثلاثة أجيال ونصف" سيليا.)

   

عمليات مشتركة، رقائق أكبر

الهدف: تكلفة لا تتجاوز 1.5 ضعف تكلفة الأجهزة المصنوعة من السيليكون

تبلغ التكلفة الحالية لأجهزة كربيد السيليكون (SiC) حوالي خمسة أضعاف تكلفة أجهزة الطاقة المصنوعة من السيليكون. وصرح البروفيسور المتميز جاي باليغا من جامعة ولاية كارولينا الشمالية (NCSU) قائلاً: "هدفنا هو خفض تكلفة كربيد السيليكون إلى 1.5 ضعف تكلفة أجهزة الطاقة المصنوعة من السيليكون". ويعتقد أن ارتفاع تكاليف التصنيع، مقارنةً بتقنية IGBT المصنوعة من السيليكون، أصبح عائقًا أمام انتشارها على نطاق واسع في السوق. ومن أهم أسباب استمرار ارتفاع التكاليف هو احتكار الشركات التي طورت أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون لعملية التصنيع، مما يصعب على الشركات الأخرى دخول هذا المجال. فلا يمكن توسيع طاقة المصانع، ولا يمكن خفض التكاليف. لذا، طورت جامعة ولاية كارولينا الشمالية تقنية مشتركة، هي عملية PRESiCE™، لتذليل العقبات أمام الشركات لدخول مجال كربيد السيليكون وتعزيز الابتكار. قال باليغا: "ستشجع تقنية PRESiCE™ المزيد من الشركات على دخول سوق كربيد السيليكون (SiC) لأنها لن تحتاج إلى تطوير عمليات التصميم والتصنيع الخاصة بها من الصفر، وهو أمر مكلف للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً. وهذا في صالح الشركات والمستخدمين على حد سواء. فإذا انضمت المزيد من الشركات إلى تصنيع أجهزة طاقة كربيد السيليكون، سيزداد إنتاج مصانع الرقائق، مما قد يقلل التكاليف بشكل ملحوظ." ووفقًا للتقارير، بدأت هذه التقنية في يناير 2015 وحصلت على تمويل من برنامج PowerAmerica التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. وفي عام 2016، شاركت 18 شركة في البحث والتطوير، وقد تطورت الآن إلى الجيل الثالث. وأضاف: "منذ عام 2015، نقلت العديد من الشركات عمليات تصنيع أجهزة طاقة كربيد السيليكون الخاصة بها، والتي كانت قد طورتها سابقًا، إلى مصنع X-Fab في تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية." وثمة طريقة أخرى تتمثل في استخدام مصانع تصنيع أجهزة السيليكون القائمة والناضجة لتقليل التكاليف باستخدام رقائق ذات سعة كبيرة وحجم كبير. وأوضح باليغا أن معظم خطوات عملية تصنيع ترانزستورات MOSFET للطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون (حتى 80%) يمكن إنجازها في مصانع تصنيع السيليكون. كل ما يلزم هو تحديث معدات درجات الحرارة العالية، مثل أكسدة البوابة ومعالجة التلدين بزرع الأيونات اللازمة لمواد كربيد السيليكون. ومن خلال مصانع الرقائق غير الاحتكارية مثل X-Fab، "سيزداد عدد الشركات المنتجة، وستنخفض تكلفة كربيد السيليكون". ومنذ عام 2015، شهدت تقنية PRESiCE مزيدًا من التحسينات. فباستخدام معدات داخلية لتنفيذ خطوة زرع الأيونات الحرارية بشكل أكثر تجانسًا، تم إطلاق الجيل الثالث من أجهزة طاقة كربيد السيليكون من PRESiCE بنجاح، والمصنّعة في مصنع رقائق بقياس 6 بوصات. تُظهر الصورة أدناه ثنائيات JBS عالية الإنتاجية، وموسفتات طاقة، وموسفتات JBSFET بجهد مقنن 1.2 كيلو فولت، المصنّعة بتقنية PRESiCE.

الشكل 1. ثلاثة أنواع من أجهزة طاقة SiC المصنعة باستخدام تقنية PRESiCE من الجيل الثالث.

بحسب التقارير، فإن إحدى السمات الرئيسية لتقنية PRESiCE™ هي استخدام 10 عمليات قناع. انظر الصورة أدناه ↓↓↓↓

الشكل 2. مخطط عملية تقنية PRESiCE لتصنيع ترانزستورات MOSFET من كربيد السيليكون.

نتائج تحديد العملية:

تتجاوز نسبة العائد 90%

لتقييم إنجازات تقنية معالجة PRESiCE™ من الجيل الثالث، أنتجت شركة X-Fab ثلاث دفعات متتالية من المنتجات، باستخدام نفس خطوات المعالجة. أظهرت البيانات المقاسة أن معدل إنتاج مقومات JBS المصنعة باستخدام تقنية PRESiCE™ من الجيل الثالث يتجاوز 90%، وأن تيار التسريب في ثنائيات JBS أقل بكثير من المعيار الصناعي البالغ 100 ميكرو أمبير. يبلغ انخفاض جهد التشغيل لثنائيات JBS حوالي 2 فولت. ومثل ترانزستورات IGBT المصنوعة من السيليكون وترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون، فهي مناسبة للاستخدام كثنائيات مضادة للتوازي. وتُظهر بيانات قياس ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون بتقنية PRESiCE™ أن أقصى مقاومة تشغيل لـ 90% من الأجهزة أقل من 1.3 ضعف القيمة النموذجية، وأن معدل الإنتاج يتجاوز 90%، وأن جهد العتبة يقع ضمن نطاق ±30% من متطلبات ورقة البيانات.

الشكل 3. تيار التسرب المقاس لمقوم SiC JBS عند انحياز عكسي 1000 فولت: التباين داخل الرقاقة وداخل الدفعة إلى الرقاقة.

الشكل 4. تيار التسرب المقاس لمقوم SiC JBS عند انحياز عكسي 1000 فولت: التباين من دفعة إلى أخرى في تيار التسرب.

الشكل 5. ترانزستور JBSFET من نوع SiC مصنوع باستخدام تقنية Gen-3 PRESiCETM: اختلاف تيار التسريب من دفعة إلى أخرى.

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من "اتجاهات أشباه الموصلات من الجيل الثالث"، وهي تدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي واسم المؤلف. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن