รถยนต์ไฮบริดเข้าสู่ยุค SiC

เทคโนโลยีไฮบริดของจีนใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ เพื่อขับเคลื่อนการปฏิวัติประสิทธิภาพ

เมื่อไม่นานมานี้ Wuling Motors ได้ประกาศอย่างเป็นทางการถึงการนําเทคโนโลยีซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มาใช้ในรถยนต์ไฮบริดเชอรี่ออโต้ยังเปิดเผยผลงานใหม่ที่เกี่ยวข้องกับระบบไฮบริดที่ใช้ SiCผู้ผลิตรถยนต์จีนชั้นนํา เช่น จีลี, ชานแกน, BAIC และฮ่องกี ได้ลงทุนยุทธศาสตร์ในพื้นที่ไฮบริดซิลิคอนคาร์ไบด์เช่นกันการนําเทคโนโลยี SiC มาใช้ได้เป็นจุดเด่นสําคัญ.

ในระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า การบูรณาการโมดูลพลังงาน SiC ควบคู่กับเทคโนโลยีการบรรจุ HPDminiและการเพิ่มประสิทธิภาพในการระบายความร้อน 40%.

นอกจากนี้ ความเร็วของมอเตอร์ตอนนี้สามารถถึง 24,000 รอบ / นาที ปรับปรุงการตอบสนองพลังงานและประสิทธิภาพพลังงานให้ดีขึ้นตลาดไฮบริดของจีนกําลังประสบกับคลื่นของการวิวัฒนาการทางเทคโนโลยีที่เน้นอยู่รอบตัวอย่าง SiC + Hybridโดยมีผู้ผลิตรถยนต์จํานวนมากและผู้จําหน่ายชั้น 1 เร่งการใช้งานของพวกเขา

วิสัยทัศน์สําหรับตลาดไฮบริดคืออะไร?

จํานวนจํานวนมากของกรณีการใช้งานชี้ให้เห็นว่า การปรับปรุงเทคโนโลยีและการขยายขนาดใหญ่ในตลาดไฮบริดของจีน กําลังสร้างแรงกระตุ้นร่วมกันตามข้อมูลล่าสุดของอุตสาหกรรมในปี 2024 ฐานที่ติดตั้งของระบบ DHT (Dedicated Hybrid Transmission) ในภาครถยนต์ไฮบริดพลัคอินของจีนจะถึง 3.713 ล้านหน่วยระบบไฮบริดที่ใช้สถาปัตยกรรมเครื่องยนต์สอง.7%, ยืนยันว่าการแก้ไขแบบประสิทธิภาพสูงและบูรณาการสูงของเครื่องยนต์สองตัว ได้กลายเป็นทางเลือกหลัก

แนวโน้มทางเทคโนโลยีนี้เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับปริมาณที่ติดตั้งของหน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์แบบคู่ ซึ่งมีจํานวน 3.628 ล้านชุดมันแสดงให้เห็นว่าผู้ผลิตรถยนต์ได้ทําความก้าวหน้าอย่างสําคัญในเทคโนโลยีหลัก เช่น การแยกพลังงานและการขับขี่หลายรูปแบบตาม2025 หนังสือขาวเกี่ยวกับอุปกรณ์และโมดูลซิลิคอนคาร์ไบด (SiC), เนื่องจากราคาของอุปกรณ์ SiC ยังคงลดลง ตลาดไฮบริดคาดว่าจะเข้าสู่ช่วงการเติบโตครั้งที่สองระหว่างปี 2025 และ 2030

ผลิตภัณฑ์ SiC ที่ใช้บ่อยในรถไฟฟ้า

1.SiC MOSFET (ซิลิคอนคาร์ไบด์โลหะ-ออกไซด์-ครึ่งตัวนํา ทรานซิสเตอร์ผลสนาม)

การใช้งาน:

• อินเวอร์เตอร์การขับเคลื่อนหลัก (อินเวอร์เตอร์การดึง): ดําเนินมอเตอร์โดยแปลงพลังงาน DC ความดันสูงเป็นพลังงาน AC สามเฟส

• เครื่องแปลง DC-DC: ทําให้ความตึงของแบตเตอรี่มั่นคง เพื่อให้ระบบความตึงต่ําใช้งานได้

• เครื่องชาร์จภายในเครื่อง (OBC): เปลี่ยนพลังงาน AC เป็นพลังงาน DC สําหรับการชาร์จแบตเตอรี่

ข้อดี:

• ความถี่การสลับสูง → ปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ

• ลดขนาดและน้ําหนักของระบบทั้งหมด

• ลดความต้องการในการจัดการความร้อน

2.SiC SBD (ซิลิคอนคาร์ไบด์ Schottky Barrier Diode)

การใช้งาน:

• ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องชาร์จบนเครื่อง (OBC) และเครื่องแปลง DC-DC

• ฟังก์ชันในการปรับปรุงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดการสูญเสียการฟื้นฟูกลับ

ข้อดี:

• เวลาฟื้นฟูกลับ 0 → เหมาะสําหรับการสลับความถี่สูง

• ความมั่นคงทางความร้อนที่ดี

3.โมดูลพลังงาน SiC

การใช้งาน:

• รวมองค์ประกอบ SiC หลายชิ้น (เช่น MOSFETs + SBDs) ลงในโมดูลคอมแพคต์

• ใช้ในระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า เครื่องควบคุมมอเตอร์ และระบบไฟฟ้าแรงสูง

ข้อดี:

• การออกแบบที่คอมแพคต์ เหมาะสําหรับความหนาแน่นของพลังงานสูง

• การจัดการความร้อนและผลงาน EMI ที่ดีที่สุด

สับสราทซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 6 นิ้วและ 8 นิ้ว และเวฟเฟอร์เอปิทาซิอัล: กระดูกสันหลังของอุปกรณ์พลังงานรุ่นใหม่

สรุปของ SiC เป็นวัสดุ

ซิลิคอนคาร์ไบด์ เป็นเซมคอนดักเตอร์ที่มีช่วงความสว่างที่กว้าง มีช่วงความสว่าง 3.26 eV (สําหรับ 4H-SiC) เมื่อเทียบกับ 1.12 eV สําหรับซิลิคอน

• สนามไฟฟ้าวิกฤตสูง (สูงกว่าซิลิคอน ~ 10 เท่า)

• ความสามารถในการนําความร้อนสูง (สูงกว่าซิลิคอน ~ 3 เท่า)

• ความดันการตัดสูง

• ความเร็วการอิ่มอิเล็กตรอนสูง

คุณสมบัติเหล่านี้ทําให้ SiC เหมาะสําหรับการใช้งานในพลังงานสูง ความถี่สูง และอุณหภูมิสูง ไม่เหมือนกับซิลิคอนSiC สามารถทํางานได้ที่ความดันและอุณหภูมิที่สูงขึ้นในขณะที่ลดการสูญเสียพลังงานซึ่งเป็นสิ่งสําคัญสําหรับประสิทธิภาพของการแปลงพลังงาน

SiC Substrates: รากฐาน

โครงสร้างคริสตัลและพอลิไทป์

SiC มีหลายแบบ แต่ 4H-SiC เป็นวัสดุที่นิยมสําหรับอิเล็กทรอนิกส์พลังงาน เนื่องจากความเคลื่อนไหวอิเล็กทรอนที่สูงขึ้นและช่วงขอบเขตที่กว้างสับสราทเป็นแบบปกติเป็นโวฟเวอร์โมนโครสตัลลีนที่ตัดจากบอล SiC ขนาดใหญ่ที่ปลูกโดยวิธีการขนส่งควายทางกายภาพ (PVT).

การผลิต SiC Substrates

กระบวนการผลิตประกอบด้วย

1. การ เติบโต ของ คริสตัลโดยใช้ PVT หรือวิธีการ Lely ที่ปรับปรุง SiC สับลิเมทเป็นผง SiC ความบริสุทธิ์สูง และทํากระจกใหม่เป็นคริสตัลเมล็ดพันธุ์ ภายใต้อุณหภูมิสูง (~ 2000 °C) และความดันต่ํา

2. การตัดกระดาษ❑ ลูกบอลล์ที่เติบโตได้ถูกตัดเป็นแผ่น (2", 4", 6", หรือ 8")

3. การเคลือบและเคลือบ✅ ผงผงถูกบด, ผงผง, และเคลือบเพื่อให้ผิวผิวเรียบมาก โดยมีอาการบกพร่องอย่างน้อย

4. การตรวจสอบ✅ สับสราทจะถูกตรวจสอบเพื่อหาความหักหัก, ไมโครไพป์, ความหักหักในระดับพื้นฐาน (BPDs) และความบกพร่องระดับคริสตัลอื่น ๆ

ปริมาตรสําคัญ

• กว้าง:2", 4", 6" และกําลังเกิด 8" (200 มม)

• มุมนอกแกน:4 ° แบบสําหรับ 4H-SiC เพื่อปรับปรุงการเติบโต Epitaxial

• ปลายผิว:CMP สี (epiready)

• ความต้านทาน:สาย conductive หรือ semi-insulating ขึ้นอยู่กับการด๊อปปิ้ง (ชนิด N,ชนิด P, หรือภายใน)

SiC Epitaxial Wafers: ทําให้การออกแบบอุปกรณ์

กระปุกกระปุกกระปุก

และผงผงผงผงผงประกอบด้วยชั้น SiC ละเอียดที่มีสาร doped ที่เติบโตขึ้นบนพื้นฐาน SiC ที่เคลือบเคลือบ.ชั้น epitaxial ถูกออกแบบด้วยโปรไฟล์ไฟฟ้าและความหนาเฉพาะเจาะจงเพื่อตอบสนองความต้องการอย่างแม่นยําของอุปกรณ์พลังงาน

เทคนิคการเจริญเติบโตทางกระดูก

เทคนิคที่ทั่วไปที่สุดคือการหลอมน้ําหมอกทางเคมี (CVD)มันสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยํา

• ความหนาชั้น(ปกติไม่กี่ถึงสิบไมโครเมตร)

• คลังดอปปิ้ง(จาก 1015 ถึง 1019 ซม−3)

• ความเหมือนกันผ่านพื้นที่แผ่นขนาดใหญ่

ก๊าซเช่นไซเลน (SiH4) และโปรแปน (C3H8) ใช้เป็นตัวนํา พร้อมกับไนโตรเจนสําหรับ n-type doping หรืออลูมิเนียมสําหรับ p-type doping

การออกแบบที่เน้นการใช้งาน

• MOSFETs:จําเป็นต้องใช้ชั้นลดดอปปิ้ล (515 μm) สําหรับความดันปิดสูง

• SBDs:จําเป็นต้องมีชั้น Epitaxial ต่ํากว่าที่มีการควบคุม doping สําหรับการลดความแรงกดต่ําไปข้างหน้า

• JFETs / IGBTs:โครงสร้างชั้นที่กําหนดเอง สําหรับพฤติกรรมการต่อต้านและการสลับเฉพาะเจาะจง

ข้อดีของ SiC Substrates & Epilayers

ข้อดีเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อการลดขนาด น้ําหนัก และต้นทุนของระบบแปลงพลังงานใน EVs, ชาร์จเกอร์, เครื่องแปลงแสงอาทิตย์ และเครื่องขับเคลื่อนอุตสาหกรรม

ความท้าทายและแนวโน้มในอุตสาหกรรม

ปัญหา

• การควบคุมความบกพร่อง:ความผิดพลาดในระดับพื้นฐาน (BPDs) ไมโครไพป์ และความผิดพลาดในการสะสมส่งผลต่อผลิตของอุปกรณ์

• ราคาสะพาย:สับสราต SiC ราคาแพงกว่า Si เป็นอย่างมาก เนื่องจากเวลาการเติบโต ผลผลิต และความซับซ้อน

• ความสามารถในการปรับขนาดวอฟเฟอร์ขนาด 6 นิ้วเป็นกระแสหลัก แต่การผลิตวอฟเฟอร์ขนาด 8 นิ้วยังอยู่ในระยะ R&D และระยะทดลอง

แนวโน้ม

• การอพยพไปยังโวฟเวอร์ขนาด 8 นิ้วเพื่อลดต้นทุนต่อชิป

• การปรับปรุงคุณภาพของพื้นฐานผ่านเทคนิคการลดความบกพร่อง

• การบูรณาการแนวตั้งโดยผู้ผลิตเพื่อควบคุมโซ่มูลค่าทั้งหมดจากสารสนับสนุนสู่อุปกรณ์ที่บรรจุ

• การเติบโตอย่างรวดเร็วของความต้องการขับเคลื่อนโดยตลาดรถยนต์ (EV) และพลังงานที่สามารถปรับปรุงได้

สรุป

สับสราตซิลิคคาร์ไบด์ และเวฟเฟอร์เอปิทาซิอัล เป็นแกนหลักของอิเล็กทรอนิกส์พลังงานรุ่นใหม่ คุณสมบัติของวัสดุที่เหนือกว่าของพวกเขาทําให้พวกเขาจําเป็นในประสิทธิภาพสูงการใช้งานที่มีความน่าเชื่อถือสูงในขณะที่โลกกําลังเปลี่ยนไปสู่การใช้ไฟฟ้าและความเป็นนิวเทรลคาร์บอน ความต้องการสําหรับแผ่น SiC จะยังคงเพิ่มขึ้นอย่างมาก กระตุ้นการนวัตกรรมและการขยายศักยภาพในอุตสาหกรรม

ไม่ว่าคุณจะเป็นผู้ผลิตอุปกรณ์ครึ่งประสาท ผู้พัฒนา EV หรือผู้บูรณาการระบบพลังงานการเข้าใจและเลือกพื้นฐาน SiC ที่เหมาะสมและผืนผิวหนังเป็นขั้นตอนสําคัญในการบรรลุผลงานและความสําเร็จทางการค้า.