Hibrit araçlar SiC çağına giriyor

Çin'in Hibrit Teknolojisi Silikon Karbür'ü Verimlilik Devrimi İçin Kullanıyor

Yakın zamanda Wuling Motors, hibrit araçlarında silikon karbid (SiC) teknolojisinin benimsendiğini resmi olarak duyurdu.Chery Auto, SiC tabanlı hibrit sistemlerle ilgili yeni gelişmeleri de açıkladı.Geely, Changan, BAIC ve Hongqi gibi önde gelen Çinli otomobil üreticileri de silikon karbid hibrit alanında stratejik yatırımlar yaptılar.SiC teknolojisinin uygulanması önemli bir nokta haline geldi.

Elektrikli tahrik sistemlerinde, SiC güç modüllerinin HPDmini ambalajlama teknolojisiyle birleştirilmesi, güç yoğunluğunda %268'lik bir artışa, mevcut çıkış kapasitesinde %70'lik bir iyileşmeye yol açtı.ve ısı dağılımı verimliliğinde %40 artış.

Ek olarak, motor hızları şimdi 24.000 rpm'e kadar ulaşabilir, güç tepkisini ve enerji verimliliğini önemli ölçüde iyileştirir.Çin'in hibrit pazarı, “SiC + Hybrid” modeline odaklanan bir teknoloji evrimi dalgası yaşıyor., çok sayıda otomobil üreticisi ve Tier 1 tedarikçisi dağıtımlarını hızlandırıyor.

Hibrit Piyasası için Perspektifler Nedir?

Artan sayıda uygulama vakası, teknolojik yükseltmelerin ve Çin'in hibrit pazarındaki büyük ölçekli genişlemenin sinerjik bir momentum oluşturduğunu göstermektedir.En son endüstri verilerine göre, 2024 yılında, Çin'in plug-in hibrit araç sektöründeki DHT (Dedicated Hybrid Transmission) sistemlerinin kurulu tabanı 3,713 milyon birime ulaştı.Çift motorlu mimariyi benimseyen hibrit sistemlerin yüzde 97'si%7, bu da yüksek verimli, yüksek entegrasyonlu çift motorlu çözümlerin ana akım seçeneği haline geldiğini doğruluyor.

Bu teknolojik eğilim, ikili elektronik kontrol ünitelerinin yüklü hacmi ile yakından bağlantılıdır.Bu, otomobil üreticilerinin güç koparımı ve çoklu modlu sürüş gibi temel teknolojilerde önemli bir ilerleme kaydettiğini göstermektedir..2025 Silikon Karbid (SiC) Aygıtları ve Modülleri Endüstrisi Araştırması Hakkında Beyaz Kitap, SiC cihazlarının maliyetinin düşmeye devam etmesi nedeniyle, hibrit pazarın 2025 ve 2030 arasında ikinci bir büyüme aşamasına girmesi bekleniyor.

Elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan SiC ürünleri

1.SiC MOSFET (Silikon Karbid Metal-Oksit-Yarı iletken Alan Etkisi Transistörü)

Uygulamalar:

• Ana tahrik invertörü (çekiş invertörü): Yüksek voltajlı DC gücünü üç fazlı AC gücüne dönüştürerek motoru tahrik eder.

• DC-DC dönüştürücü: Pil voltajını düşük voltajlı sistemleri güçlendirmek için dengeler.

• Gemi şarj cihazı (OBC): Pil şarjı için AC şebeke gücünü DC gücüne dönüştürür.

Avantajları:

• Yüksek anahtarlama sıklığı → Sistem verimliliğini artırır

• Genel sistem boyutunu ve ağırlığını azaltır

• Isı yönetimi gereksinimlerini düşürür

2.SiC SBD (Silicon Carbide Schottky Barrier Diode)

Uygulamalar:

• Gemi şarj cihazlarında (OBC) ve DC-DC dönüştürücülerinde yaygın olarak kullanılır

• Verimliliği artırmak ve ters kazanım kayıplarını azaltmak için düzleyici olarak işlevleri

Avantajları:

• Sıfır ters kurtarma süresi → Yüksek frekanslı anahtarlama için uygundur

• Mükemmel termal kararlılık

3.SiC Güç Modülleri

Uygulamalar:

• Çoklu SiC bileşenlerini (örneğin, MOSFET'ler + SBD'ler) kompakt bir modüle entegre eder

• Elektrikli tahrik sistemlerinde, motor kontrolörlerinde ve yüksek voltajlı sistemlerde kullanılır

Avantajları:

• Yüksek güç yoğunluğu için uygun kompakt tasarım

• Termal yönetim ve EMI bastırma performansının optimize edilmesi

6 inç ve 8 inç silikon karbid substratları ve epitaksiyel vaferler: Yeni nesil güç cihazlarının omurgası

SiC'nin bir malzeme olarak özetlenmesi

Silikon karbid, silikon için 1.12 eV ile karşılaştırıldığında 3.26 eV (4H-SiC için) bir bant boşluğu olan geniş bantlı bir yarı iletkendir.

• Yüksek kritik elektrik alanı (silikondan 10 kat daha yüksek)

• Yüksek termal iletkenlik (silikondan 3 kat daha yüksek)

• Yüksek arıza voltajı

• Yüksek elektron doygunluk hızı

Bu özellikler SiC'yi özellikle yüksek güç, yüksek frekans ve yüksek sıcaklık uygulamaları için uygundur.SiC, enerji kaybını azaltırken daha yüksek voltajlarda ve sıcaklıklarda çalışabilir, bu da güç dönüşüm verimliliği için çok önemlidir.

SiC substratları: Temel

Kristal yapısı ve politipler

SiC birçok politipte bulunur, ancak 4H-SiC, daha yüksek elektron hareketliliği ve geniş bant aralığı nedeniyle güç elektroniği için tercih edilen malzemedir.Substrat tipik olarak fiziksel buhar nakli (PVT) yöntemleriyle yetiştirilen toplu bir SiC küresinden kesilen tek kristalin bir levha.

SiC Substratları Üretimi

Üretim süreci şunları içerir:

1. Kristal BüyümePVT veya modifiye edilmiş Lely yöntemleri kullanılarak, yüksek saflıkta SiC tozu süblimasyon edilir ve yüksek sıcaklıkta (~ 2000 ° C) ve düşük basınç altında tohum kristaline yeniden kristalleştirilir.

2. Wafer Kesme′′ Büyümüş topu, 2", 4", 6" ya da 8" dilimlik vafelere kesin bir şekilde kesilir.

3. Yıkama ve cilalamaWaferler, en az kusurlu ultra düz yüzeylere ulaşmak için öğütülür, yumrular ve cilalanır.

4. DenetimSubstratlar çıkışlar, mikro borular, bazal düzlük çıkışları (BPD) ve diğer kristal kusurları için incelenir.

Anahtar parametreler

• Çapraz:2", 4", 6" ve ortaya çıkan 8" (200 mm)

• Eksen dışı açı:4H-SiC için tipik olarak epitaksyal büyümeyi iyileştirmek için 4°

• Yüzeyi bitiriyor:CMP cilalanmış (epiready)

• Direnç:Doping'e bağlı olarak iletken veya yarı yalıtıcı (N tipi, P tipi veya içsel)

SiC Epitaxial Wafers: Cihaz Tasarımını Etkinleştiren

Epitaxial Wafer Nedir?

Birepitaksyal vafracilalanmış bir SiC substratında yetiştirilen ince, doped SiC katmanından oluşur. Epitaksyal katman, güç cihazlarının tam gereksinimlerini karşılamak için özel elektrik ve kalınlık profilleri ile tasarlanmıştır.

Epitaxial Büyüme Teknikleri

En yaygın teknikKimyasal Buhar Depozisyonu (CVD)Bu, aşağıdakileri kontrol etmenizi sağlar:

• Katman kalınlığı(genellikle birkaç ila onlarca mikrometre)

• Doping konsantrasyonu(1015 ila 1019 cm−3)

• TekdüzelikBüyük wafer alanlarında

Silane (SiH4) ve propan (C3H8) gibi gazlar, n-tip doping için azot veya p-tip doping için alüminyum ile birlikte öncü olarak kullanılır.

Uygulama odaklı tasarım

• MOSFET'ler:Yüksek engelleme voltajı için düşük dopalı sürükleme katmanları (515 μm) gerektirir.

• SBD:Düşük ileri gerilim düşüşü için kontrol edilen doping ile daha sığ epitaksiyel katman gerektirir

• JFET/IGBT:Özel direnç ve anahtarlama davranışları için özelleştirilmiş katman yapıları

SiC Substratları ve Epilayers'in Avantajları

Bu avantajlar, EV'lerde, şarj cihazlarında, güneş inverterlerinde ve endüstriyel sürücülerde güç dönüştürme sistemlerinin boyut, ağırlık ve maliyetinin azaltılmasına doğrudan katkıda bulunur.

Zorluklar ve Endüstri Eğilimleri

Zorluklar

• Kusur Kontrolü:Bazal düzlem dislokasyonları (BPD), mikro borular ve yığma hataları cihaz verimini etkiler.

• Wafer maliyeti:SiC substratları, büyüme süresi, verimi ve karmaşıklığı nedeniyle Si'den önemli ölçüde daha pahalıdır.

• Ölçeklenebilirlik:6 inçlik levhalar ana akımdır, ancak 8 inçlik levha üretimi Hala Ar-Ge ve pilot aşamalarda.

Eğilimler

• 8 inç waferlere geçişÇip başına maliyeti azaltmak için

• Substrat kalitesinin iyileştirilmesikusur azaltma teknikleri ile

• Dikey entegrasyonÜreticiler tarafından, alt katmandan paketlenmiş cihaza kadar tüm değer zincirini kontrol etmek için

• Hızlı talep artışıOtomobil (EV) ve yenilenebilir enerji pazarları tarafından yönlendirildi

Sonuçlar

Silikon karbid substratları ve epitaksiyel levhalar yeni nesil güç elektroniklerinin çekirdeğini temsil ediyor.yüksek güvenilirlik uygulamalarıDünya elektrifikasyon ve karbon tarafsızlığına doğru geçiş yaparken, SiC levhalarına olan talep artmaya devam edecek ve endüstri genelinde inovasyon ve kapasite genişlemesini sağlayacak.

İster yarı iletken cihaz üreticisi, ister elektrikli araç geliştiricisi, ister güç sistemi entegratörü olun,Doğru SiC substratlarını ve epilayerleri anlamak ve seçmek, performans ve ticari başarı elde etmek için kritik bir adımdır..