Recentemente, uma empresa de carbeto de silício revelou em um evento online que o preço de wafers de carbeto de silício de 6 polegadas é de 20,000 a 30,000 yuans por unidade, o que permite a fabricação de 350 a 700 MOSFETs de SiC de grau automotivo. O preço atual dos dispositivos de carbeto de silício é cerca de 4 a 5 vezes maior que o dos dispositivos de silício. Algumas organizações preveem que o preço dos dispositivos de carbeto de silício poderá cair para cerca de 1.5 vezes o dos dispositivos de silício em 2025, mas como isso será possível?

"Três gerações e meia de direção do vento" descobriram que, não faz muito tempo, a Universidade Estadual da Carolina do Norte (NCSU) anunciou os mais recentes avanços na tecnologia de carboneto de silício, e o objetivo era justamente esse.Reduzir o preço do carboneto de silício para apenas 1.5 vezes o preço das lâminas de silício.Segundo relatos, essa tecnologia pode ajudar as empresas a reduzir as barreiras de entrada no mercado de carboneto de silício e, em última instância, viabilizar o compartilhamento de fundições e processos, eliminando assim a necessidade de investir tempo e recursos financeiros no desenvolvimento de processos tecnológicos proprietários. Além disso, essa tecnologia pode ser produzida em fundições tradicionais, e wafers de carboneto de silício de grande porte já estão sendo fabricados em massa. Os produtos já disponíveis no mercado incluem JBS de 1.2 kV, MOSFET de potência e JBSFET.A taxa de rendimento chega a 90%..

O principal inventor da tecnologia, que também é o inventor do IGBT, afirmou que essas tecnologias, se bem-sucedidas, poderão um dia substituir o IGBT.

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Processos compartilhados, wafers maiores

Objetivo: Custar apenas 1.5 vezes o custo dos dispositivos de silício.

O custo atual dos dispositivos de SiC é cerca de cinco vezes maior que o dos dispositivos de potência de silício. O professor Jay Baliga, da NCSU, afirmou: "Nosso objetivo é reduzir o custo do SiC para 1.5 vezes o dos dispositivos de potência de silício". Ele acredita que, em comparação com os IGBTs de silício, os altos custos de fabricação se tornaram uma barreira para a adoção em larga escala no mercado. Uma das principais razões para os custos elevados é que as empresas que desenvolveram dispositivos de potência de SiC têm acesso exclusivo ao processo de fabricação, dificultando a entrada de outras empresas no setor. A capacidade de produção não pode ser expandida e os custos não podem ser reduzidos. Para contornar essa situação, a NCSU desenvolveu uma tecnologia compartilhada, o processo PRESiCE™, para reduzir as barreiras de entrada no mercado de carboneto de silício e promover a inovação. Baliga afirmou: "O PRESiCE™ incentivará mais empresas a entrarem no mercado de SiC, pois elas não precisarão desenvolver seus próprios processos de design e fabricação do zero, o que é muito caro e demorado. Isso é bom para as empresas e para os usuários. Se mais empresas aderirem à fabricação de dispositivos de potência em SiC, isso aumentará a produção das fundições, o que pode reduzir significativamente os custos." Segundo relatos, essa tecnologia teve início em janeiro de 2015 e recebeu financiamento do Departamento de Energia dos EUA, através do programa PowerAmerica. Em 2016, 18 empresas participaram da pesquisa e desenvolvimento, e agora ela já está na terceira geração. "Desde 2015, muitas empresas transferiram seus processos proprietários de fabricação de dispositivos de potência em SiC, desenvolvidos anteriormente, para a fundição X-Fab no Texas, EUA." Outra maneira é utilizar fundições de dispositivos de silício já consolidadas para reduzir custos com wafers de grande capacidade e tamanho. Baliga disse que a maioria das etapas do processo (até 80%) de MOSFETs de potência em SiC pode ser concluída em fundições de silício. Tudo o que precisa ser feito é modernizar os equipamentos de alta temperatura, como os de oxidação de porta e recozimento por implantação iônica necessários para materiais de carbeto de silício. Por meio de fundições não proprietárias como a X-Fab, “mais empresas produzirão e o custo do carbeto de silício será menor”. Desde 2015, a tecnologia PRESiCE foi aprimorada. Ao utilizar equipamentos próprios para realizar a etapa de implantação iônica térmica de forma mais uniforme, a terceira geração de dispositivos de potência de SiC da PRESiCE, fabricados em uma fundição de wafers de 6 polegadas, foi lançada com sucesso. A imagem abaixo mostra diodos JBS de alto rendimento, MOSFETs de potência e JBSFETs com tensão nominal de 1.2 kV, fabricados com a tecnologia PRESiCE.

Figura 1. Três tipos de dispositivos de potência SiC fabricados usando a tecnologia PRESiCE de terceira geração.

Segundo relatos, uma das principais características da tecnologia PRESiCE™ é a utilização de 10 processos de máscara. Veja a imagem abaixo↓↓↓↓

Figura 2. Fluxograma do processo tecnológico PRESiCE para fabricação de MOSFETs de potência de SiC.

Resultados da identificação do processo:

A produtividade ultrapassa os 90%

Para identificar as conquistas da tecnologia de processo PRESiCE™ de terceira geração, a fundição X-Fab produziu três lotes de produtos continuamente, todos utilizando as mesmas etapas de processo. De acordo com os dados medidos, constatou-se que a taxa de rendimento dos retificadores JBS fabricados com a tecnologia PRESiCE™ de terceira geração ultrapassa 90%, e a corrente de fuga dos diodos JBS é muito inferior ao padrão da indústria de 100 µA. A queda de tensão no estado ligado dos diodos JBS é de aproximadamente 2 V. Assim como os IGBTs baseados em silício e os MOSFETs de potência de SiC, eles são adequados para uso como diodos antiparalelos. Os dados de medição dos MOSFETs de potência de carbeto de silício fabricados com PRESiCE™ mostram que a resistência máxima no estado ligado de 90% dos dispositivos é inferior a 1.3 vezes o valor típico, o rendimento ultrapassa 90% e sua tensão de limiar também está dentro de +/- 30% dos requisitos da folha de dados.

Figura 3. Corrente de fuga medida do retificador JBS de SiC com polarização reversa de 1000 V: variação dentro do wafer e entre wafers do mesmo lote.

Figura 4. Corrente de fuga medida do retificador SiC JBS com polarização reversa de 1000V: variação da corrente de fuga entre lotes.

Figura 5. JBSFET de potência em SiC fabricado usando a tecnologia Gen-3 PRESiCETM: variação da corrente de fuga entre lotes.

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