سلیکون پر مبنی پاور سیمی کنڈکٹرز کے مقابلے میں، SiC (سلیکان کاربائیڈ) پاور سیمی کنڈکٹرز کو سوئچنگ فریکوئنسی، نقصان، گرمی کی کھپت، منیچرائزیشن وغیرہ میں اہم فوائد حاصل ہوتے ہیں۔
Tesla کی طرف سے سلکان کاربائیڈ انورٹرز کی بڑے پیمانے پر پیداوار کے ساتھ، مزید کمپنیوں نے بھی سلیکون کاربائیڈ کی مصنوعات کو اتارنا شروع کر دیا ہے۔
SiC بہت "حیرت انگیز" ہے، اسے زمین پر کیسے بنایا گیا؟اب درخواستیں کیا ہیں؟چلو دیکھتے ہیں!
01 ☆ ایک SiC کی پیدائش
دوسرے پاور سیمی کنڈکٹرز کی طرح، SiC-MOSFET انڈسٹری چین بھی شامل ہے۔لمبا کرسٹل - سبسٹریٹ - ایپیٹیکسی - ڈیزائن - مینوفیکچرنگ - پیکیجنگ لنک۔
لمبا کرسٹل
طویل کرسٹل لنک کے دوران، سنگل کرسٹل سلکان کے ذریعے استعمال ہونے والے ٹیرا طریقہ کی تیاری کے برعکس، سلکان کاربائیڈ بنیادی طور پر جسمانی گیس کی نقل و حمل کا طریقہ (PVT، جسے بہتر Lly یا سیڈ کرسٹل سبلیمیشن طریقہ بھی کہا جاتا ہے)، اعلی درجہ حرارت کیمیکل گیس جمع کرنے کا طریقہ (HTCVD) اپناتا ہے۔ ) سپلیمنٹس۔
☆ بنیادی قدم
1. کاربونک ٹھوس خام مال؛
2. گرم کرنے کے بعد، کاربائڈ ٹھوس گیس بن جاتا ہے؛
3. بیج کرسٹل کی سطح پر گیس کی منتقلی؛
4. بیج کرسٹل کی سطح پر گیس بڑھ کر کرسٹل بن جاتی ہے۔
تصویر کا ذریعہ: "PVT گروتھ سلکان کاربائیڈ کو جدا کرنے کے لیے تکنیکی نقطہ"
مختلف دستکاری نے سلیکون بیس کے مقابلے میں دو بڑے نقصانات پیدا کیے ہیں:
سب سے پہلے، پیداوار مشکل ہے اور پیداوار کم ہے.کاربن پر مبنی گیس کے مرحلے کا درجہ حرارت 2300 ° C سے اوپر بڑھتا ہے اور دباؤ 350MPa ہے۔پورے ڈارک باکس کو باہر کیا جاتا ہے، اور نجاست میں ملنا آسان ہے۔پیداوار سلکان بیس سے کم ہے۔قطر جتنا بڑا ہوگا، پیداوار اتنی ہی کم ہوگی۔
دوسرا سست ترقی ہے.PVT طریقہ کار کی گورننس بہت سست ہے، رفتار تقریباً 0.3-0.5mm/h ہے، اور یہ 7 دنوں میں 2cm بڑھ سکتی ہے۔زیادہ سے زیادہ صرف 3-5 سینٹی میٹر تک بڑھ سکتا ہے، اور کرسٹل پنڈ کا قطر زیادہ تر 4 انچ اور 6 انچ ہوتا ہے۔
سلکان پر مبنی 72H 2-3m کی اونچائی تک بڑھ سکتا ہے، جس کا قطر زیادہ تر 6 انچ اور 12 انچ کے لیے 8 انچ کی نئی پیداواری صلاحیت ہے۔لہذا، سلکان کاربائڈ کو اکثر کرسٹل انگوٹ کہا جاتا ہے، اور سلکان ایک کرسٹل چھڑی بن جاتا ہے.
کاربائیڈ سلکان کرسٹل انگٹس
سبسٹریٹ
طویل کرسٹل مکمل ہونے کے بعد، یہ سبسٹریٹ کی پیداوار کے عمل میں داخل ہوتا ہے۔
ٹارگٹ کٹنگ کے بعد، پیسنے (کسی نہ کسی طرح پیسنے، ٹھیک پیسنے)، پالش (مکینیکل پالش)، الٹرا پریسجن پالش (کیمیکل مکینیکل پالش) کے بعد، سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ حاصل کیا جاتا ہے۔
سبسٹریٹ بنیادی طور پر کھیلتا ہے۔جسمانی مدد، تھرمل چالکتا اور چالکتا کا کردار۔پروسیسنگ کی مشکل یہ ہے کہ سلکان کاربائیڈ مواد زیادہ، خستہ اور کیمیائی خصوصیات میں مستحکم ہے۔لہذا، روایتی سلکان پر مبنی پروسیسنگ کے طریقے سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ کے لیے موزوں نہیں ہیں۔
کاٹنے کے اثر کا معیار سلکان کاربائیڈ مصنوعات کی کارکردگی اور استعمال کی کارکردگی (لاگت) کو براہ راست متاثر کرتا ہے، اس لیے اس کا چھوٹا، یکساں موٹائی اور کم کٹنگ ہونا ضروری ہے۔
فی الحال،4 انچ اور 6 انچ بنیادی طور پر ملٹی لائن کاٹنے کا سامان استعمال کرتا ہے،سلکان کرسٹل کو پتلی ٹکڑوں میں کاٹنا جس کی موٹائی 1 ملی میٹر سے زیادہ نہ ہو۔
ملٹی لائن کٹنگ اسکیمیٹک ڈایاگرام
مستقبل میں، کاربنائزڈ سلیکون ویفرز کے سائز میں اضافے کے ساتھ، مواد کے استعمال کی ضروریات میں اضافہ ہوگا، اور لیزر سلائسنگ اور کولڈ سیپریشن جیسی ٹیکنالوجیز بھی آہستہ آہستہ لاگو ہوں گی۔
2018 میں، Infineon نے Siltectra GmbH حاصل کیا، جس نے ایک اختراعی عمل تیار کیا جسے کولڈ کریکنگ کہا جاتا ہے۔
1/4 کے روایتی ملٹی وائر کاٹنے کے عمل کے نقصان کے مقابلے میں،کولڈ کریکنگ کے عمل میں سلیکن کاربائیڈ مواد کا صرف 1/8 حصہ ضائع ہوا۔
توسیع
چونکہ سلکان کاربائیڈ مواد براہ راست سبسٹریٹ پر پاور ڈیوائسز نہیں بنا سکتا، اس لیے ایکسٹینشن لیئر پر مختلف ڈیوائسز کی ضرورت ہوتی ہے۔
لہذا، سبسٹریٹ کی پیداوار مکمل ہونے کے بعد، توسیع کے عمل کے ذریعے سبسٹریٹ پر ایک مخصوص واحد کرسٹل پتلی فلم اگائی جاتی ہے۔
اس وقت، کیمیائی گیس جمع کرنے کا طریقہ (CVD) عمل بنیادی طور پر استعمال ہوتا ہے۔
ڈیزائن
سبسٹریٹ بننے کے بعد، یہ پروڈکٹ ڈیزائن کے مرحلے میں داخل ہوتا ہے۔
MOSFET کے لیے، ڈیزائن کے عمل کی توجہ نالی کا ڈیزائن ہے،ایک طرف پیٹنٹ کی خلاف ورزی سے بچنے کے لیے(Infineon، Rohm، ST، وغیرہ، پیٹنٹ لے آؤٹ رکھتے ہیں) اور دوسری طرفمینوفیکچرنگ اور مینوفیکچرنگ کے اخراجات کو پورا کریں۔
ویفر فیبریکیشن
پروڈکٹ ڈیزائن مکمل ہونے کے بعد، یہ ویفر مینوفیکچرنگ کے مرحلے میں داخل ہوتا ہے،اور یہ عمل تقریباً سلکان سے ملتا جلتا ہے، جس میں بنیادی طور پر درج ذیل 5 مراحل ہوتے ہیں۔
☆ مرحلہ 1: ماسک کو انجیکشن لگائیں۔
سلیکون آکسائیڈ (SiO2) فلم کی ایک تہہ بنائی جاتی ہے، فوٹو ریزسٹ کوٹ دیا جاتا ہے، فوٹو ریزسٹ پیٹرن کو ہم آہنگی، نمائش، ترقی، وغیرہ کے مراحل سے بنایا جاتا ہے، اور تصویر کو اینچنگ کے عمل کے ذریعے آکسائیڈ فلم میں منتقل کیا جاتا ہے۔
☆ مرحلہ 2: آئن امپلانٹیشن
نقاب پوش سیلیکون کاربائیڈ ویفر کو آئن امپلانٹر میں رکھا جاتا ہے، جہاں ایلومینیم آئنوں کو پی ٹائپ ڈوپنگ زون بنانے کے لیے انجکشن لگایا جاتا ہے، اور امپلانٹڈ ایلومینیم آئنوں کو چالو کرنے کے لیے اینیل کیا جاتا ہے۔
آکسائڈ فلم کو ہٹا دیا جاتا ہے، نائٹروجن آئنوں کو پی قسم کے ڈوپنگ خطے کے ایک مخصوص علاقے میں داخل کیا جاتا ہے تاکہ نالی اور منبع کا ایک N-قسم کا موصل علاقہ بنایا جا سکے، اور امپلانٹڈ نائٹروجن آئنوں کو ان کو چالو کرنے کے لیے اینیل کیا جاتا ہے۔
☆مرحلہ 3: گرڈ بنائیں
گرڈ بنائیں۔منبع اور نالی کے درمیان کے علاقے میں، گیٹ آکسائڈ پرت اعلی درجہ حرارت کے آکسیکرن کے عمل سے تیار کی جاتی ہے، اور گیٹ الیکٹروڈ پرت کو گیٹ کنٹرول ڈھانچہ بنانے کے لیے جمع کیا جاتا ہے۔
☆مرحلہ 4: غیر فعال تہوں کو بنانا
Passivation پرت بنائی گئی ہے۔انٹر الیکٹروڈ کی خرابی کو روکنے کے لیے اچھی موصلیت کی خصوصیات کے ساتھ ایک پاسیویشن تہہ جمع کریں۔
☆مرحلہ 5: ڈرین سورس الیکٹروڈ بنائیں
نالی اور ذریعہ بنائیں۔گزرنے کی تہہ سوراخ شدہ ہے اور دھات کو نالی اور ذریعہ بنانے کے لیے پھٹا ہوا ہے۔
تصویر کا ماخذ: Xinxi Capital
اگرچہ عمل کی سطح اور سلیکون کی بنیاد پر بہت کم فرق ہے، سلیکون کاربائیڈ مواد کی خصوصیات کی وجہ سے،آئن امپلانٹیشن اور اینیلنگ کو اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں انجام دینے کی ضرورت ہے۔(1600 ° C تک)، اعلی درجہ حرارت خود مواد کی جالی ساخت کو متاثر کرے گا، اور مشکل پیداوار کو بھی متاثر کرے گی۔
اس کے علاوہ، MOSFET اجزاء کے لیے،گیٹ آکسیجن کا معیار براہ راست چینل کی نقل و حرکت اور گیٹ کی وشوسنییتا کو متاثر کرتا ہے۔کیونکہ سلکان کاربائیڈ مواد میں دو قسم کے سلکان اور کاربن ایٹم ہوتے ہیں۔
لہذا، ایک خاص گیٹ میڈیم گروتھ طریقہ کی ضرورت ہے (ایک اور نکتہ یہ ہے کہ سلیکون کاربائیڈ شیٹ شفاف ہے، اور فوٹو لیتھوگرافی کے مرحلے پر پوزیشن کی سیدھ سلکان کے لیے مشکل ہے)۔
ویفر کی تیاری مکمل ہونے کے بعد، انفرادی چپ کو ننگی چپ میں کاٹا جاتا ہے اور مقصد کے مطابق پیک کیا جا سکتا ہے۔مجرد آلات کے لیے عام عمل TO پیکیج ہے۔
TO-247 پیکیج میں 650V CoolSiC™ MOSFETs
تصویر: انفینون
آٹوموٹو فیلڈ میں اعلی طاقت اور گرمی کی کھپت کی ضروریات ہوتی ہیں، اور بعض اوقات براہ راست برج سرکٹس (آدھا پل یا مکمل پل، یا براہ راست ڈایڈس کے ساتھ پیک) بنانا ضروری ہوتا ہے۔
لہذا، یہ اکثر براہ راست ماڈیولز یا سسٹمز میں پیک کیا جاتا ہے۔ایک ماڈیول میں پیک کی گئی چپس کی تعداد کے مطابق، عام شکل 1 میں 1 (BorgWarner)، 6 in 1 (Infineon) وغیرہ ہے، اور کچھ کمپنیاں سنگل ٹیوب متوازی اسکیم استعمال کرتی ہیں۔
بورگوارنر وائپر
ڈبل رخا پانی کولنگ اور SiC-MOSFET کی حمایت کرتا ہے۔
Infineon CoolSiC™ MOSFET ماڈیولز
سلکان کے برعکس،سلکان کاربائیڈ ماڈیولز زیادہ درجہ حرارت پر کام کرتے ہیں، تقریباً 200 ° C۔
روایتی نرم سولڈر درجہ حرارت پگھلنے کے نقطہ درجہ حرارت کم ہے، درجہ حرارت کی ضروریات کو پورا نہیں کر سکتا.لہذا، سلکان کاربائڈ ماڈیول اکثر کم درجہ حرارت سلور sintering ویلڈنگ کے عمل کا استعمال کرتے ہیں.
ماڈیول مکمل ہونے کے بعد، یہ حصوں کے نظام پر لاگو کیا جا سکتا ہے.
ٹیسلا ماڈل 3 موٹر کنٹرولر
ننگی چپ ST، خود تیار کردہ پیکیج اور الیکٹرک ڈرائیو سسٹم سے آتی ہے۔
☆02 SiC کی درخواست کی حیثیت؟
آٹوموٹو فیلڈ میں، پاور ڈیوائسز بنیادی طور پر استعمال ہوتی ہیں۔DCDC، OBC، موٹر انورٹرز، الیکٹرک ایئر کنڈیشنگ انورٹرز، وائرلیس چارجنگ اور دیگر پرزےجس کے لیے AC/DC فاسٹ کنورژن کی ضرورت ہوتی ہے (DCDC بنیادی طور پر فاسٹ سوئچ کے طور پر کام کرتا ہے)۔
تصویر: بورگ وارنر
سلکان پر مبنی مواد کے مقابلے میں، SIC مواد زیادہ ہےاہم برفانی تودے کی خرابی فیلڈ کی طاقت(3×106V/cm)،بہتر تھرمل چالکتا(49W/mK) اوروسیع بینڈ فرق(3.26eV)۔
بینڈ گیپ جتنا وسیع ہوگا، رساو کرنٹ اتنا ہی چھوٹا ہوگا اور کارکردگی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔تھرمل چالکتا جتنی بہتر ہوگی، موجودہ کثافت اتنی ہی زیادہ ہوگی۔اہم برفانی تودے کی خرابی کا میدان جتنا مضبوط ہوگا، ڈیوائس کی وولٹیج مزاحمت کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔
لہذا، آن بورڈ ہائی وولٹیج کے میدان میں، موجودہ سلکان پر مبنی IGBT اور FRD کے امتزاج کو تبدیل کرنے کے لیے سلکان کاربائیڈ مواد سے تیار کردہ MOSFETs اور SBD مؤثر طریقے سے طاقت اور کارکردگی کو بہتر بنا سکتے ہیں،خاص طور پر ہائی فریکوئنسی ایپلی کیشن کے منظرناموں میں سوئچنگ کے نقصانات کو کم کرنے کے لیے۔
اس وقت، موٹر انورٹرز میں بڑے پیمانے پر ایپلی کیشنز حاصل کرنے کا سب سے زیادہ امکان ہے، اس کے بعد OBC اور DCDC۔
800V وولٹیج پلیٹ فارم
800V وولٹیج پلیٹ فارم میں، اعلی تعدد کا فائدہ کاروباری اداروں کو SiC-MOSFET حل کا انتخاب کرنے کی طرف مائل کرتا ہے۔لہذا، موجودہ 800V الیکٹرانک کنٹرول کی سب سے زیادہ منصوبہ بندی SiC-MOSFET.
پلیٹ فارم کی سطح کی منصوبہ بندی میں شامل ہے۔جدید E-GMP، GM Otenergy - پک اپ فیلڈ، پورش PPE، اور Tesla EPA۔پورش پی پی ای پلیٹ فارم ماڈلز کے علاوہ جو واضح طور پر SiC-MOSFET نہیں رکھتے (پہلا ماڈل سلیکا پر مبنی IGBT ہے)، دیگر گاڑیوں کے پلیٹ فارمز SiC-MOSFET اسکیموں کو اپناتے ہیں۔
یونیورسل الٹرا انرجی پلیٹ فارم
800V ماڈل کی منصوبہ بندی زیادہ ہے،گریٹ وال سیلون برانڈ Jiagirong، Beiqi pole Fox S HI ورژن، مثالی کار S01 اور W01، Xiaopeng G9، BMW NK1، Changan Avita E11 یہ BYD، Lantu، GAC 'ایک، مرسڈیز بینز، صفر رن، FAW ریڈ پرچم کے علاوہ، 800V پلیٹ فارم لے جائے گا، ووکس ویگن نے بھی کہا کہ تحقیق میں 800V ٹیکنالوجی.
Tier1 سپلائرز کے ذریعہ حاصل کردہ 800V آرڈرز کی صورتحال سے،BorgWarner، Wipai ٹیکنالوجی، ZF، United Electronics، اور Huichuanسبھی نے 800V الیکٹرک ڈرائیو آرڈرز کا اعلان کیا۔
400V وولٹیج پلیٹ فارم
400V وولٹیج پلیٹ فارم میں، SiC-MOSFET بنیادی طور پر اعلی طاقت اور طاقت کی کثافت اور اعلی کارکردگی پر غور کرتا ہے۔
جیسے کہ Tesla Model 3\Y موٹر جو اب بڑے پیمانے پر تیار کی گئی ہے، BYD Hanhou موٹر کی چوٹی کی طاقت تقریباً 200Kw ہے (Tesla 202Kw، 194Kw، 220Kw، BYD 180Kw)، NIO بھی SiC-MOSFET7 سے شروع ہونے والی مصنوعات کا استعمال کرے گی۔ اور ET5 جو بعد میں درج کیا جائے گا۔چوٹی کی طاقت 240Kw (ET5 210Kw) ہے۔
اس کے علاوہ، اعلی کارکردگی کے نقطہ نظر سے، کچھ کاروباری ادارے معاون فلڈنگ SiC-MOSFET مصنوعات کی فزیبلٹی بھی تلاش کر رہے ہیں۔
پوسٹ ٹائم: جولائی 08-2023