تُقدّم هذه المقالة بشكل أساسي مجالات تطبيق ثنائيات كربيد السيليكون وتاريخ تطورها، وتشرح بالتفصيل تصنيف وبنية أنابيب MOS المصنوعة من كربيد السيليكون. المكون الوحيد من السيليكون والكربون هو كربيد السيليكون (SiC)، المعروف باسم الصنفرة. يوجد كربيد السيليكون في الطبيعة على شكل معدن المويسانايت، ولكنه نادر جدًا. مع ذلك، يُنتج مسحوق كربيد السيليكون بكميات كبيرة كمادة كاشطة منذ عام 1893. وقد استُخدم كربيد السيليكون كمادة كاشطة لأكثر من مئة عام، وخاصة في عجلات التجليخ والعديد من التطبيقات الكاشطة الأخرى.



يتميز كربيد السيليكون بمقاومة عالية حتى الوصول إلى جهد العتبة (VT). وعند الوصول إلى جهد العتبة، تنخفض مقاومته بشكل ملحوظ حتى ينخفض ​​الجهد المطبق إلى ما دون جهد العتبة. وكانت أولى التطبيقات الكهربائية لكربيد السيليكون التي استفادت من هذه الخاصية هي مانعات الصواعق في أنظمة توزيع الطاقة (كما هو موضح في الشكل).


نظرًا لاحتواء كربيد السيليكون (SiC) على مقاومة متغيرة، يمكن توصيل ساق كربيد السيليكون بين خطوط الجهد العالي والأرض. في حال تعرض خط الطاقة لصاعقة، سيرتفع جهد مصدر الطاقة ويتجاوز جهد العتبة (VT) لمانع الصواعق المصنوع من كربيد السيليكون، مما يوجه تيار الصاعقة إلى الأرض (بدلاً من خط الطاقة)، ​​وبالتالي لا يُسبب أي ضرر. إلا أن موانع الصواعق هذه من كربيد السيليكون تُمرر تيارًا عاليًا جدًا عند جهد التشغيل العادي لخط الطاقة. لذلك، يجب توصيل فجوات الشرارة على التوالي. عندما يرتفع الجهد على خط الطاقة نتيجةً لصاعقة، تتأين فجوة الشرارة وتُصبح موصلة للكهرباء، مما يُوصل مانع الصواعق المصنوع من كربيد السيليكون بين خط الطاقة والأرض. لاحقًا، اكتشف المختصون أن فجوة الشرارة المستخدمة في مانع الصواعق غير موثوقة. فبسبب تلف المادة، أو دخول الغبار أو الأملاح، قد تفشل فجوة الشرارة في إطلاق القوس الكهربائي عند الحاجة أو في إخماده بعد الصاعقة. صُممت مانعات الصواعق المصنوعة من كربيد السيليكون في الأصل للتخلص من الاعتماد على فجوات الشرارة، ولكن نظرًا لموثوقيتها، فقد تم استبدال مانعات الصواعق المصنوعة من كربيد السيليكون ذات الفجوات في الغالب بمقاومات متغيرة بدون فجوات ذات قلب من أكسيد الزنك.

كربيد السيليكون في إلكترونيات الطاقة

تُصنع أنواع عديدة من أشباه الموصلات من كربيد السيليكون، بما في ذلك ثنائيات شوتكي (وتُسمى أيضًا ثنائيات حاجز شوتكي أو SBDs)، وترانزستورات تأثير المجال من النوع J (أو JFETs)، وترانزستورات تأثير المجال المستخدمة في تطبيقات التبديل عالية الطاقة. وقد بدأت بعض الشركات في تجربة استخدام رقائق ثنائيات شوتكي المصنوعة من كربيد السيليكون في وحدات الطاقة الإلكترونية. في الواقع، تُستخدم ركائز السيليكون على نطاق واسع في وحدات طاقة IGBT ودوائر تصحيح معامل القدرة.

مزايا وعيوب كربيد السيليكون

من الأسباب التي تجعل مكونات إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون جذابة للغاية، هو أن كثافة التطعيم فيها، عند جهد حجب معين، أعلى بمئة ضعف تقريبًا من كثافة التطعيم في الأجهزة المصنوعة من السيليكون. وبهذه الطريقة، يمكن الحصول على جهد حجب عالٍ مع مقاومة منخفضة في حالة التشغيل. وتُعد المقاومة المنخفضة في حالة التشغيل مهمة لتطبيقات الطاقة العالية، لأنه عند تقليلها، تتولد حرارة أقل، مما يقلل الحمل الحراري على النظام ويزيد الكفاءة الإجمالية.



مع ذلك، توجد بعض الصعوبات في إنتاج المكونات الإلكترونية القائمة على كربيد السيليكون، وأصبح التخلص من العيوب أهمها. تؤدي هذه العيوب إلى ضعف خصائص الحاجز العكسي للمكونات المصنوعة من بلورات كربيد السيليكون. إضافةً إلى مشاكل جودة البلورات، تُعيق مشاكل التداخل بين ثاني أكسيد السيليكون وكربيد السيليكون تطوير ترانزستورات MOSFET للطاقة القائمة على كربيد السيليكون وبلورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة. لحسن الحظ، يُمكن لتقنية النتردة في الإنتاج أن تُقلل بشكل كبير من العيوب المُسببة لهذه المشاكل في التداخل.

قرص صنفرة من كربيد السيليكون

لا يزال كربيد السيليكون يُستخدم كمادة كاشطة في العديد من التطبيقات الصناعية. ويُستخدم بشكل أساسي كطبقة تلميع في صناعة الإلكترونيات لتلميع طرفي الألياف الضوئية قبل وصلها. وهذا يُضفي نعومة عالية على موصلات الألياف الضوئية، مما يُحسّن كفاءة التشغيل. يُنتج كربيد السيليكون منذ أكثر من مئة عام، ولكن استخدامه في صناعة إلكترونيات الطاقة بدأ مؤخرًا. وبفضل خصائصه الفيزيائية والكهربائية المميزة، يُعدّ مفيدًا جدًا في التطبيقات التي تتطلب تحمل الضغط العالي ودرجات الحرارة المرتفعة.



تُستخدم اليوم ثنائيات كربيد السيليكون في مجالات متنوعة.



1. محول الطاقة الشمسية.



تُعدّ ثنائيات كربيد السيليكون المادة الأساسية لثنائيات الطاقة الشمسية، وهي تتفوق على تقنية الثنائيات ثنائية القطب التقليدية في العديد من المؤشرات الفنية. تتميز ثنائيات كربيد السيليكون بسرعة تشغيلها وإيقافها، كما أنها لا تُنتج تيار استعادة عكسي عند التبديل باستخدام تقنية الثنائيات ثنائية القطب التقليدية. بعد التخلص من تأثير تيار الاستعادة العكسي، تُقلل ثنائيات كربيد السيليكون استهلاك الطاقة بنسبة 70%، وتحافظ على كفاءة طاقة عالية ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة، مما يُتيح للمصممين مرونة أكبر في تحسين تردد تشغيل النظام.



2. شاحن مركبات الطاقة الجديدة.



بعد اجتياز اختبارات منتجات السيارات، تم رفع جهد انهيار ثنائيات كربيد السيليكون إلى 650 فولت، ما يلبي متطلبات المصممين ومصنعي السيارات لتقليل معامل تعويض الجهد، وبالتالي ضمان هامش أمان كافٍ بين الجهد الاسمي وجهد الذروة اللحظي لمكونات أشباه الموصلات القابلة لإعادة الشحن الموجودة في السيارة. يُحسّن تصميم ثنائي الأنبوب المزدوج من استغلال المساحة ويقلل من وزن شاحن السيارة.

3. مزايا مصدر الطاقة التبديلية.

تتميز مفاتيح كربيد السيليكون بسرعة استجابتها العالية، وقدرتها على العمل بترددات عالية، بالإضافة إلى انعدام خاصية الاستعادة وثباتها بغض النظر عن درجة الحرارة. وبفضل استخدام عبوات RP منخفضة الحث، يمكن استخدام هذه الثنائيات في العديد من دوائر الثنائيات سريعة التبديل أو محولات التردد العالي.



4. المزايا الصناعية.



ثنائيات كربيد السيليكون: تستخدم بشكل أساسي في محولات الطاقة عالية التردد في المحركات الثقيلة والمعدات الصناعية، مما يوفر مزايا الكفاءة العالية والطاقة العالية والتردد العالي.

أجهزة SiC

أولاً: تصنيف أجهزة كربيد السيليكون.



ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات المصنوعة من أكسيد المعدن وكربيد السيليكون.



تُعدّ ترانزستورات تأثير المجال المصنوعة من كربيد السيليكون من أهم الأجهزة في أبحاث أجهزة إلكترونيات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون. في الوقت الراهن، تقترب مواد السيليكون من الحد النظري لأدائها، وتُعتبر أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون "أجهزة مثالية" نظرًا لتحملها العالي للجهد، وانخفاض فقد الطاقة فيها، وكفاءتها العالية. ومع ذلك، بالمقارنة مع أجهزة السيليكون السابقة، فإن تحقيق التوازن بين الأداء والتكلفة، والحاجة إلى تقنيات متقدمة، سيمثلان عاملًا أساسيًا في تطوير أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون.



ثانيًا، بنية كربيد السيليكون MOS.



تُطعّم منطقة المصدر N+ وترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية بـ N+ عن طريق زرع الأيونات وتُعالج حراريًا عند 1700 درجة مئوية. ومن العمليات الرئيسية الأخرى تكوين طبقة أكسيد البوابة لأشباه الموصلات المعدنية من كربيد السيليكون. ونظرًا لوجود ذرات السيليكون والكربون في كربيد السيليكون، فإنّ طريقةً دقيقةً جدًا لنمو عازل البوابة ضرورية. وتتلخص مزايا بنية الأخدود فيما يلي:



يمكن لبنية الخندق في ترانزستورات تأثير المجال المصنوعة من كربيد السيليكون أن تتيح الاستفادة الكاملة من خصائص كربيد السيليكون.



ثالثًا، مزايا كربيد السيليكون MOS.



بشكل عام، لا تعمل ترانزستورات IGBT المصنوعة من السيليكون إلا بترددات أقل من 20 كيلوهرتز. ونظرًا لمحدودية المواد، لا يمكن تصنيع أجهزة سيليكونية عالية الجهد والتردد. أما ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون، فهي لا تقتصر على كونها مناسبة لنطاق جهد واسع يتراوح من 600 فولت إلى 10 كيلو فولت، بل تتميز أيضًا بأداء تبديل ممتاز يُضاهي أداء الأجهزة أحادية القطب. وبالمقارنة مع ترانزستورات IGBT المصنوعة من السيليكون، تتميز ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون بفقدان أقل في التبديل وترددات تشغيل أعلى عند عدم وجود تيار زائد في دائرة التبديل.



يمكن أن يكون فقد الطاقة في وحدة MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون بتردد 20 كيلوهرتز نصف فقد الطاقة في وحدة IGBT المصنوعة من السيليكون بتردد 3 كيلوهرتز، كما يمكن لوحدة كربيد السيليكون بقدرة 50 أمبير أن تحل محل وحدة سيليكون بقدرة 150 أمبير. وهذا يُظهر المزايا الهائلة لترانزستورات تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المصنوعة من كربيد السيليكون من حيث تردد التشغيل والكفاءة.



زمن الاسترداد العكسي للثنائي الطفيلي (trr) وشحنة الاسترداد العكسي (Qrr) لترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون صغيران جدًا. كما هو موضح في الشكل، فإن الشحنة العكسية للثنائي الطفيلي في ترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون لا تتجاوز 5% من الشحنة العكسية لترانزستور MOSFET المصنوع من السيليكون بنفس مواصفات الجهد. بالنسبة لدوائر الجسر (خاصةً عندما يعمل محول LLC فوق تردد الرنين)، يُعد هذا المؤشر بالغ الأهمية لتقليل الفاقد والضوضاء الناتجة عن زمن التوقف وزمن الاسترداد العكسي للثنائي، مما يُسهم في تحسين تردد التبديل.



رابعاً، تطبيق أنابيب MOS المصنوعة من كربيد السيليكون!



تتمتع وحدات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون بمزايا كبيرة في تطبيقات أنظمة الطاقة المتوسطة والعالية، مثل توليد الطاقة الكهروضوئية، وتوليد طاقة الرياح، والمركبات الكهربائية، والنقل بالسكك الحديدية. تُتيح مزايا الجهد العالي والتردد العالي والكفاءة العالية لأجهزة كربيد السيليكون تجاوز قيود أداء الأجهزة في تصاميم المركبات الكهربائية الحالية، وهو ما يُمثل محورًا رئيسيًا للبحث والتطوير في مجال المركبات الكهربائية محليًا وعالميًا. على سبيل المثال، تستخدم وحدات التحكم في الطاقة (PCU) في المركبات الكهربائية الهجينة (HEV) والمركبات الكهربائية بالكامل (EV) التي طورتها شركتا دينسو وتويوتا وحدات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون، مما يُقلل حجمها إلى الخمس. كما يستخدم نظام محرك المركبات الكهربائية الذي طورته شركة ميتسوبيشي وحدات SiCMOSFET لدمج وحدة قيادة الطاقة في المحرك، محققًا بذلك أهداف التكامل والتصغير. ومن المتوقع أن تنتشر وحدات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون على نطاق واسع في المركبات الكهربائية محليًا وعالميًا في السنوات الأخيرة.


شركة ووشي غوجينغ لتكنولوجيا أشباه الموصلات الدقيقة المحدودة هي شركة ابتكارية ذات تقنية عالية، متخصصة في البحث والتطوير والتصنيع لأجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC)، وأجهزة الإلكترونيات الضوئية المصنوعة من نتريد الغاليوم (GaN)، والدوائر المتكاملة التقليدية. وتعمل الشركة على ترانزستورات تأثير المجال المصنوعة من كربيد السيليكون، وتصميم وإنتاج وبيع ثنائيات شوتكي المصنوعة من كربيد السيليكون، ومرحلات اقتران ضوئي من نتريد الغاليوم، والدوائر المتكاملة أحادية الشريحة، وغيرها من رقائق المنتجات، بالإضافة إلى تقديم خدمات الدعم لتصميم حلول شاملة للمنتجات ذات الصلة. يقع المقر الرئيسي للشركة في منطقة ووشي للتنمية عالية التقنية، بمقاطعة جيانغسو، ولديها مراكز بحث وتطوير، ومراكز دعم خدمة المبيعات، ومكاتب في شنتشن وهونغ كونغ.



تُغطي أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون لدى الشركة نطاقات 650 فولت/2 أمبير - 100 أمبير، و1200 فولت/2 أمبير - 90 أمبير، و1700 فولت/5 أمبير - 80 أمبير، وغيرها. وقد دخلت هذه المنتجات مرحلة الإنتاج الضخم، وهي تُضاهي تمامًا العلامات التجارية العالمية الرائدة من حيث الجودة والمستوى. وقد أطلقت الشركة تباعًا منتجات من سلسلة ثنائيات شوتكي وموسفت المصنوعة من كربيد السيليكون، والتي تعمل بتيار وجهد كاملين، واجتازت اختبارات موثوقية صناعية وأخرى خاصة بالسيارات، ووصل أداؤها إلى مستوى عالمي متقدم. وتُستخدم هذه المنتجات في مصادر طاقة عاكسات الطاقة الشمسية، ومركبات الطاقة الكهربائية الجديدة، ومحطات الشحن، والشبكات الذكية، واللحام عالي التردد، والنقل بالسكك الحديدية، ومصادر الطاقة الخاصة بالتحكم الصناعي، والصناعات الدفاعية والعسكرية، وغيرها من المجالات. بفضل سرعة التبديل العالية ومقاومة التشغيل المنخفضة، يتميز هذا الجهاز بخصائص كهربائية ممتازة حتى في درجات الحرارة المرتفعة، مما يقلل بشكل كبير من فاقد الطاقة أثناء التبديل، ويجعل المكونات أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأكثر كفاءة، ويعزز موثوقية النظام ككل. ويمكن تقليل أقصى مدى للطاقة في المركبات الكهربائية بنسبة 10%، ووزن المركبة بنسبة 5% تقريبًا، مع ضمان تشغيل آمن ومستقر في بيئة الشحن ذات درجات الحرارة المرتفعة.



معظم المهندسين في فريق البحث والتطوير الأساسي بالشركة حاصلون على درجة الماجستير أو أعلى، ويتولى العديد من الحاصلين على درجة الدكتوراه مسؤولية تطوير المشاريع. وقد أنشأت الشركة نظامًا معياريًا للابتكار العلمي والتكنولوجي وإدارة الملكية الفكرية. وراكمت الشركة العديد من التقنيات الأساسية في تصميم الدوائر، وتصميم أجهزة وعمليات أشباه الموصلات، وتصميم الموثوقية، واستخلاص نماذج الأجهزة، وغيرها، ولديها العديد من براءات الاختراع المستقلة على الصعيدين الدولي والمحلي.

إنّ "أهم سلاح للبلاد، بدءًا من التبلور والتطوير الذاتي والاعتماد على الذات، وصولًا إلى تحقيق نجاحٍ يمتدّ لقرون" هو الهدف المشترك لشركة غوجينغ لأشباه الموصلات الدقيقة. نوفر بيئةً مثاليةً لتطوير موظفينا، ونقدّم منتجات وخدمات عالية الجودة لعملائنا. نتطلع بصدق إلى مستقبلٍ مثمرٍ ومزدهرٍ معكم.

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من "شبكة" وتدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. في حال وجود أي انتهاك، يرجى 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