Recientemente, una empresa de carburo de silicio reveló en un evento en línea que el precio de las obleas de carburo de silicio de 6 pulgadas oscila entre 20 000 y 30 000 yuanes por unidad, con las que se pueden fabricar entre 350 y 700 MOSFET de SiC de grado automotriz. El precio actual de los dispositivos de carburo de silicio es aproximadamente 4 o 5 veces superior al de los dispositivos de silicio. Algunas organizaciones predicen que el precio de los dispositivos de carburo de silicio podría llegar a ser tan bajo como 1.5 veces el de los dispositivos de silicio en 2025, pero ¿cómo se logrará esto?

"Tres generaciones y media de dirección del viento" descubrieron que no hace mucho, la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NCSU) anunció el último progreso en la tecnología del carburo de silicio, y el objetivo resultó serReducir el precio del carburo de silicio a tan solo 1.5 veces el de las obleas de silicio.Según los informes, esta tecnología puede ayudar a las empresas a reducir las barreras de entrada al sector del carburo de silicio y, en última instancia, a compartir la infraestructura de fundición y los procesos, eliminando así la necesidad de invertir tiempo y recursos financieros en el desarrollo de tecnologías propias. Además, esta tecnología se puede implementar en fundiciones tradicionales y ya se producen en masa obleas de carburo de silicio de gran tamaño. Entre los productos ya disponibles en el mercado se incluyen JBS de 1.2 kV, MOSFET de potencia y JBSFET.La tasa de rendimiento es tan alta como el 90%..

El principal inventor de esta tecnología, que también es el inventor del IGBT, afirmó que, de tener éxito, estas tecnologías podrían algún día reemplazar al IGBT.

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Procesos compartidos, obleas más grandes

Objetivo: Que cueste solo 1.5 veces más que los dispositivos de silicio.

El coste actual de los dispositivos de SiC es aproximadamente cinco veces superior al de los dispositivos de potencia de silicio. El profesor distinguido de NCSU, Jay Baliga, afirmó: "Nuestro objetivo es reducir el coste del SiC a 1.5 veces el de los dispositivos de potencia de silicio". Considera que, en comparación con los IGBT de silicio, los elevados costes de fabricación se han convertido en una barrera para su adopción a gran escala en el mercado. Una de las razones principales por las que los costes siguen siendo altos es que las empresas que han desarrollado dispositivos de potencia de SiC tienen acceso exclusivo al proceso de fabricación, lo que dificulta la entrada de otras empresas al sector. La capacidad de producción no se puede ampliar y los costes no se pueden reducir. Con este fin, NCSU ha desarrollado una tecnología compartida, el proceso PRESiCE™, para reducir las barreras de entrada a las empresas en el campo del carburo de silicio y promover la innovación. Baliga afirmó: "PRESiCETM impulsará a más empresas a entrar en el mercado de SiC, ya que no necesitan desarrollar sus propios procesos de diseño y fabricación desde cero, lo cual es muy costoso y requiere mucho tiempo. Esto es beneficioso tanto para las empresas como para los usuarios. Si más empresas se suman a la fabricación de dispositivos de potencia de SiC, aumentará la producción de las fundiciones, lo que puede reducir significativamente los costos". Según los informes, esta tecnología comenzó en enero de 2015 y recibió financiación del Departamento de Energía de EE. UU. (PowerAmerica). En 2016, 18 empresas participaron en la investigación y el desarrollo, y ahora se encuentra en su tercera generación. "Desde 2015, muchas empresas han trasladado sus procesos de fabricación de dispositivos de potencia de SiC, desarrollados previamente por sus propietarios, a la fundición X-Fab en Texas, EE. UU." Otra opción es utilizar fundiciones de dispositivos de silicio ya existentes y consolidadas para reducir costos con obleas de gran capacidad y tamaño. Baliga indicó que la mayoría de los pasos del proceso (hasta el 80 %) de los MOSFET de potencia de SiC se pueden completar en fundiciones de silicio. Lo único que se necesita es actualizar los equipos de alta temperatura, como la oxidación de compuerta y el recocido de implantación iónica necesarios para los materiales de carburo de silicio. A través de fundiciones no propietarias como X-Fab, "más empresas producirán y el costo del carburo de silicio será menor". Desde 2015, PRESiCE ha mejorado aún más. Al utilizar equipos propios para realizar el paso de implantación iónica térmica de manera más uniforme, se ha lanzado con éxito la tercera generación de dispositivos de potencia de SiC de PRESiCE fabricados en una fundición de obleas de 6 pulgadas. La imagen a continuación muestra diodos JBS de alto rendimiento, MOSFET de potencia y JBSFET con una tensión nominal de 1.2 kV fabricados con tecnología PRESiCE.

Figura 1. Tres tipos de dispositivos de potencia de SiC fabricados utilizando la tecnología PRESiCE de tercera generación.

Según los informes, una de las principales características de la tecnología PRESiCETM es el uso de 10 procesos de máscara. Vea la imagen a continuación ↓↓↓↓

Figura 2. Diagrama de flujo del proceso de la tecnología PRESiCE para la fabricación de MOSFET de potencia de SiC.

Resultados de la identificación del proceso:

La rentabilidad supera el 90%.

Para identificar los logros de la tecnología de proceso PRESiCETM de tercera generación, la fundición X-Fab produjo continuamente tres lotes de productos, todos utilizando los mismos pasos de proceso. Según los datos medidos, se encontró que la tasa de rendimiento de los rectificadores JBS fabricados con la tecnología PRESiCETM de tercera generación supera el 90%, y la corriente de fuga de los diodos JBS es mucho menor que el estándar de la industria de 100 µA. La caída de voltaje en estado activo de los diodos JBS es de aproximadamente 2 V. Al igual que los IGBT basados ​​en silicio y los MOSFET de potencia de SiC, son adecuados para su uso como diodos antiparalelos. Los datos de medición de los MOSFET de potencia de carburo de silicio fabricados con PRESiCETM muestran que la resistencia máxima en estado activo del 90% de los dispositivos es menos de 1.3 veces el valor típico, el rendimiento supera el 90%, y su voltaje umbral también está dentro de +/- 30% de los requisitos de la hoja de datos.

Figura 3. Corriente de fuga medida del rectificador JBS de SiC con polarización inversa de 1000 V: variación dentro de la oblea y entre lotes de obleas.

Figura 4. Corriente de fuga medida del rectificador JBS de SiC con polarización inversa de 1000 V: variación entre lotes en la corriente de fuga.

Figura 5. Transistor JBSFET de potencia de SiC fabricado con la tecnología PRESiCETM Gen-3: variación entre lotes en la corriente de fuga.

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