Recentemente, un'azienda produttrice di carburo di silicio ha rivelato, durante un evento online, che il prezzo dei wafer di carburo di silicio da 6 pollici si aggira tra i 20,000 e i 30,000 yuan al pezzo, quantità che permette di realizzare da 350 a 700 MOSFET in SiC di qualità automobilistica. Il prezzo attuale dei dispositivi in ​​carburo di silicio è circa 4-5 volte superiore a quello dei dispositivi in ​​silicio. Alcune organizzazioni prevedono che entro il 2025 il prezzo dei dispositivi in ​​carburo di silicio si ridurrà a circa 1.5 volte quello dei dispositivi in ​​silicio, ma come sarà possibile raggiungere questo obiettivo?

"Tre generazioni e mezzo di direzione del vento" hanno scoperto che non molto tempo fa, la North Carolina State University (NCSU) ha annunciato gli ultimi progressi nella tecnologia del carburo di silicio e l'obiettivo è statoRidurre il prezzo del carburo di silicio a solo 1.5 volte quello dei wafer di silicioSecondo quanto riportato, questa tecnologia può aiutare le aziende ad abbassare la soglia di ingresso nel settore del carburo di silicio e, in definitiva, a realizzare la condivisione di fonderie e processi, eliminando così la necessità di investire tempo e risorse finanziarie nello sviluppo di processi tecnologici proprietari. Inoltre, questa tecnologia può essere applicata in fonderie tradizionali e sono già in produzione di massa wafer di carburo di silicio di grandi dimensioni. Tra i prodotti già presenti sul mercato figurano JBS da 1.2 kV, MOSFET di potenza e JBSFET.Il tasso di rendimento raggiunge il 90%.

Il principale inventore di questa tecnologia, che è anche l'inventore dell'IGBT, ha affermato che queste tecnologie, se avranno successo, potrebbero un giorno sostituire l'IGBT.

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Processi condivisi, wafer più grandi

Obiettivo: costare solo 1.5 volte di più rispetto ai dispositivi al silicio.

Il costo attuale dei dispositivi in ​​SiC è circa cinque volte superiore a quello dei dispositivi di potenza al silicio. Il professor Jay Baliga, docente emerito presso la NCSU, ha affermato: "Il nostro obiettivo è ridurre il costo del SiC a 1.5 volte quello dei dispositivi di potenza al silicio". Ritiene che, rispetto agli IGBT al silicio, gli elevati costi di produzione siano diventati un ostacolo all'adozione su larga scala. Uno dei motivi principali per cui i costi rimangono alti è che le aziende che hanno sviluppato dispositivi di potenza in SiC hanno accesso esclusivo al processo produttivo, il che rende difficile l'ingresso di altre aziende nel settore. La capacità produttiva non può essere ampliata e i costi non possono essere ridotti. A tal fine, la NCSU ha sviluppato una tecnologia condivisa, il processo PRESiCE™, per ridurre le barriere all'ingresso delle aziende nel settore del carburo di silicio e promuovere l'innovazione. Baliga ha affermato: "PRESiCETM spingerà più aziende ad entrare nel mercato del SiC perché non dovranno sviluppare da zero i propri processi di progettazione e produzione, che sono molto costosi e richiedono molto tempo. Questo è un vantaggio sia per le aziende che per gli utenti. Se più aziende si uniranno alla produzione di dispositivi di potenza in SiC, aumenterà la produzione delle fonderie, il che può ridurre significativamente i costi". Secondo quanto riportato, questa tecnologia è nata nel gennaio 2015 e ha ricevuto finanziamenti dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, PowerAmerica. Nel 2016, 18 aziende hanno partecipato alla ricerca e allo sviluppo, e ora è giunta alla terza generazione. "Dal 2015, molte aziende hanno trasferito i loro processi proprietari di produzione di dispositivi di potenza in SiC, precedentemente sviluppati, alla fonderia X-Fab in Texas, negli Stati Uniti". Un altro modo è quello di utilizzare le fonderie di dispositivi al silicio già consolidate per ridurre i costi con wafer di grandi dimensioni e di grande capacità. Baliga ha affermato che la maggior parte delle fasi di processo (fino all'80%) dei MOSFET di potenza in SiC può essere completata nelle fonderie di silicio. È sufficiente aggiornare le apparecchiature ad alta temperatura, come quelle per l'ossidazione del gate e la ricottura con impianto ionico, necessarie per i materiali in carburo di silicio. Grazie a fonderie non proprietarie come X-Fab, "più aziende produrranno e il costo del carburo di silicio sarà inferiore". Dal 2015, PRESiCE è stato ulteriormente migliorato. Utilizzando apparecchiature interne per eseguire la fase di impianto ionico termico in modo più uniforme, è stata lanciata con successo la terza generazione di dispositivi di potenza SiC di PRESiCE, prodotti in una fonderia per wafer da 6 pollici. L'immagine sottostante mostra diodi JBS ad alto rendimento, MOSFET di potenza e JBSFET con una tensione nominale di 1.2 kV, prodotti con la tecnologia PRESiCE.

Figura 1. Tre tipologie di dispositivi di potenza in SiC realizzati utilizzando la tecnologia PRESiCE di terza generazione.

Secondo quanto riportato, una delle caratteristiche principali della tecnologia PRESiCETM è l'utilizzo di 10 processi di mascheratura. Guarda l'immagine qui sotto↓↓↓↓

Figura 2. Diagramma di flusso del processo tecnologico PRESiCE per la produzione di MOSFET di potenza in SiC.

Risultati dell'identificazione del processo:

Resa superiore al 90%

Al fine di valutare i risultati ottenuti con la tecnologia di processo PRESiCETM di terza generazione, la fonderia X-Fab ha prodotto ininterrottamente tre lotti di prodotti, utilizzando tutti gli stessi passaggi di processo. Dai dati misurati è emerso che il tasso di resa dei raddrizzatori JBS realizzati con la tecnologia PRESiCETM di terza generazione supera il 90% e la corrente di dispersione dei diodi JBS è di gran lunga inferiore allo standard industriale di 100 µA. La caduta di tensione in conduzione dei diodi JBS è di circa 2 V. Analogamente agli IGBT a base di silicio e ai MOSFET di potenza in SiC, questi diodi sono adatti all'utilizzo in configurazione antiparallela. I dati di misurazione dei MOSFET di potenza in carburo di silicio realizzati con la tecnologia PRESiCETM mostrano che la resistenza di conduzione massima del 90% dei dispositivi è inferiore a 1.3 volte il valore tipico, la resa supera il 90% e la tensione di soglia rientra entro +/- 30% dei requisiti specificati nel datasheet.

Figura 3. Corrente di dispersione misurata del raddrizzatore JBS in SiC con polarizzazione inversa di 1000 V: variazione all'interno del wafer e tra wafer dello stesso lotto.

Figura 4. Corrente di dispersione misurata del raddrizzatore SiC JBS a polarizzazione inversa di 1000 V: variazione della corrente di dispersione tra i diversi lotti.

Figura 5. Transistor JBSFET di potenza in SiC fabbricato utilizzando la tecnologia PRESiCETM di terza generazione: variazione della corrente di dispersione tra i diversi lotti.

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