اخیراً، یک شرکت تولیدکننده کاربید سیلیکون در یک رویداد آنلاین فاش کرد که قیمت ویفرهای کاربید سیلیکون ۶ اینچی ۲۰،۰۰۰ تا ۳۰،۰۰۰ یوان برای هر قطعه است که می‌توان از آنها ۳۵۰ تا ۷۰۰ ماسفت SiC با درجه خودرو ساخت. قیمت فعلی دستگاه‌های کاربید سیلیکون حدود ۴ تا ۵ برابر دستگاه‌های سیلیکونی است. برخی سازمان‌ها پیش‌بینی می‌کنند که قیمت دستگاه‌های کاربید سیلیکون در سال ۲۰۲۵ به حدود ۱.۵ برابر دستگاه‌های سیلیکونی کاهش یابد، اما چگونه می‌توان به این هدف دست یافت؟

«سه و نیم نسل جهت باد» نشان داد که چندی پیش، دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی (NCSU) آخرین پیشرفت در فناوری کاربید سیلیکون را اعلام کرد و اتفاقاً هدف این بودکاهش قیمت کاربید سیلیکون به تنها ۱.۵ برابر ویفرهای سیلیکونیطبق گزارش‌ها، این فناوری می‌تواند به شرکت‌ها کمک کند تا آستانه ورود به حوزه کاربید سیلیکون را کاهش دهند و در نهایت به اشتراک‌گذاری ریخته‌گری و فرآیند دست یابند و در نتیجه نیاز به صرف زمان و منابع مالی برای توسعه فرآیندهای فناوری اختصاصی را از بین ببرند. علاوه بر این، این فناوری را می‌توان در ریخته‌گری‌های سنتی تولید کرد و محصولات ویفر کاربید سیلیکون در اندازه بزرگ به تولید انبوه رسیده‌اند. محصولاتی که در حال حاضر در بازار موجود هستند شامل JBS 1.2kV، MOSFET قدرت و JBSFET هستند.نرخ بازدهی تا ۹۰٪ است.

مخترع اصلی این فناوری که مخترع IGBT نیز هست، گفت که این فناوری‌ها، در صورت موفقیت، می‌توانند روزی جایگزین IGBT شوند.

(برای دریافت نسخه کامل مقاله، لطفاً از طریق پیام خصوصی به «فناوری اشتراک‌گذاری» پاسخ دهید، یا دستیار «سه نسل و نیم» سلیا را اضافه کنید.)

   

فرآیندهای مشترک، ویفرهای بزرگتر

هدف: هزینه تنها ۱.۵ برابر دستگاه‌های سیلیکونی

هزینه فعلی دستگاه‌های SiC حدود پنج برابر دستگاه‌های قدرت سیلیکونی است. جی بالیگا، استاد برجسته NCSU، گفت: "هدف ما کاهش هزینه SiC به ۱.۵ برابر دستگاه‌های قدرت سیلیکونی است." او معتقد است که در مقایسه با Si IGBT، هزینه‌های تولید بالاتر به مانعی برای پذیرش در بازار در مقیاس بزرگ تبدیل شده است. یکی از دلایل مهم بالا بودن هزینه‌ها این است که شرکت‌هایی که دستگاه‌های قدرت SiC را توسعه داده‌اند، همگی به فرآیند تولید دسترسی انحصاری دارند و ورود سایر شرکت‌ها به این حوزه را دشوار می‌کند. ظرفیت کارخانه را نمی‌توان گسترش داد و هزینه‌ها را نمی‌توان کاهش داد. برای این منظور، NCSU یک فناوری مشترک، فرآیند PRESiCETM، را توسعه داده است تا موانع ورود شرکت‌ها به حوزه کاربید سیلیکون را کاهش داده و نوآوری را ارتقا دهد. بالیگا گفت: «PRESiCETM شرکت‌های بیشتری را به سمت ورود به بازار SiC سوق می‌دهد زیرا آنها نیازی به توسعه فرآیندهای طراحی و تولید خود از ابتدا ندارند، که بسیار گران و زمان‌بر است. این برای شرکت‌ها و کاربران خوب است. اگر شرکت‌های بیشتری به تولید دستگاه‌های قدرت SiC بپیوندند، خروجی کارخانه‌های ریخته‌گری افزایش می‌یابد که می‌تواند هزینه‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.» طبق گزارش‌ها، این فناوری در ژانویه ۲۰۱۵ آغاز شد و از وزارت انرژی ایالات متحده، PowerAmerica، بودجه دریافت کرد. در سال ۲۰۱۶، ۱۸ شرکت در تحقیق و توسعه شرکت کردند و اکنون به نسل سوم توسعه یافته است. «از سال ۲۰۱۵، بسیاری از شرکت‌ها فرآیندهای تولید دستگاه‌های قدرت SiC اختصاصی خود را که قبلاً توسعه داده بودند، به کارخانه ریخته‌گری X-Fab در تگزاس، ایالات متحده، منتقل کرده‌اند.» راه دیگر استفاده از کارخانه‌های ریخته‌گری دستگاه‌های سیلیکونی بالغ موجود برای کاهش هزینه‌ها با ویفرهای با ظرفیت بالا و اندازه بزرگ است. بالیگا گفت که بیشتر مراحل فرآیند (تا ۸۰٪) MOSFETهای قدرت SiC را می‌توان در کارخانه‌های ریخته‌گری سیلیکون تکمیل کرد. تنها کاری که باید انجام شود، ارتقاء تجهیزات دما بالا مانند اکسیداسیون گیت و آنیل کاشت یون مورد نیاز برای مواد کاربید سیلیکون است. از طریق ریخته‌گری‌های غیر اختصاصی مانند X-Fab، "شرکت‌های بیشتری تولید خواهند کرد و هزینه کاربید سیلیکون کمتر خواهد شد." از سال ۲۰۱۵، PRESiCE بیشتر بهبود یافته است. با استفاده از تجهیزات داخلی برای انجام یکنواخت‌تر مرحله کاشت یون حرارتی، نسل سوم دستگاه‌های قدرت SiC PRESiCE که در یک ریخته‌گری ویفر ۶ اینچی تولید می‌شوند، با موفقیت راه‌اندازی شده‌اند. تصویر زیر دیودهای JBS با بازده بالا، MOSFETهای قدرت و JBSFETها را با ولتاژ نامی ۱.۲ کیلوولت تولید شده توسط فناوری PRESiCE نشان می‌دهد.

شکل 1. سه نوع از قطعات قدرت SiC ساخته شده با استفاده از فناوری PRESiCE نسل سوم.

طبق گزارش‌ها، یکی از ویژگی‌های اصلی فناوری PRESiCETM استفاده از ۱۰ فرآیند ماسک است. به تصویر زیر نگاه کنید↓↓↓↓

شکل 2. جریان فرآیند فناوری PRESiCE برای تولید MOSFET های قدرت SiC.

نتایج شناسایی فرآیند:

بازده بیش از ۹۰٪

به منظور شناسایی دستاوردهای فناوری فرآیند نسل سوم PRESiCETM، کارخانه ریخته‌گری X-Fab به طور مداوم سه دسته محصول تولید کرد که همگی از مراحل فرآیند یکسانی استفاده می‌کردند. طبق داده‌های اندازه‌گیری شده، مشخص شد که نرخ بازده یکسوکننده‌های JBS تولید شده با استفاده از فناوری نسل سوم PRESiCETM از 90٪ فراتر می‌رود و جریان نشتی دیودهای JBS بسیار پایین‌تر از استاندارد صنعتی 100 میکروآمپر است. افت ولتاژ حالت روشن دیودهای JBS حدود 2 ولت است. مانند IGBT های مبتنی بر سیلیکون و MOSFET های قدرت SiC، آنها برای استفاده به عنوان دیودهای ضد موازی مناسب هستند. داده‌های اندازه‌گیری MOSFET های قدرت کاربید سیلیکون تولید شده توسط PRESiCETM نشان می‌دهد که حداکثر مقاومت در حالت روشن 90٪ از دستگاه‌ها کمتر از 1.3 برابر مقدار معمول است، بازده بیش از 90٪ است و ولتاژ آستانه آنها نیز در محدوده +/- 30٪ از الزامات برگه اطلاعات است.

شکل 3. جریان نشتی اندازه‌گیری شده یکسوکننده SiC JBS در بایاس معکوس 1000 ولت: تغییرات درون ویفر و درون دسته به ویفر.

شکل ۴. جریان نشتی اندازه‌گیری شده یکسوکننده SiC JBS در بایاس معکوس ۱۰۰۰ ولت: تغییرات دسته‌ای به دسته دیگر در جریان نشتی.

شکل 5. ترانزیستور JBSFET توان SiC ساخته شده با استفاده از فناوری Gen-3 PRESiCETM: تغییرات جریان نشتی از یک دسته به دسته دیگر.

سلب مسئولیت: این مقاله از «روند نیمه‌رسانای نسل سوم» که از حمایت از حقوق مالکیت معنوی پشتیبانی می‌کند، کپی شده است. لطفاً منبع اصلی و نویسنده‌ی بازنشر را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن