大家可能都聽說過SiC，那么知道他在汽車上的作用嗎?對電動汽車，電信和工業(yè)應用中技術的不斷增長的需求促使Soitec和Applied Materials共同制定了用于功率器件的下一代碳化硅(SiC)基板的聯(lián)合開發(fā)計劃。該計劃旨在提供技術和產品，以改善用于下一代電動汽車的SiC器件的性能和可用性。

“我們期待與Soitec緊密合作，為碳化硅技術創(chuàng)造材料工程創(chuàng)新，”應用材料新市場和聯(lián)盟高級副總裁Steve Ghanayem說。

使用功率器件進行設計的OEM廠商當然希望獲得他們能獲得的最高效的產品，而使III-V半導體(包括SiC)代替硅時，可能會提高效率。SiC可以顯著減少功率損耗，并可以提高功率密度、電壓、溫度和頻率，同時減少散熱。SiC還具有約3倍的禁帶寬，并且在相同的擊穿電壓下，漂移區(qū)的距離可以減小到十分之一。

“高壓SiC器件將快速切換和低損耗完美地結合在一起，為應用程序用戶提供了前所未有的靈活性，可以選擇中壓和高壓功率轉換的拓撲?！盨oitec復合業(yè)務部門總經理奧利維爾·博寧(Olivier Bonnin)說。

但是有一些因素阻礙了向碳化硅基片的快速過渡。

“需要更高質量的SiC材料來提高產量(降低缺陷密度)和可靠性。需要提高晶片的平面度以適應大批量鑄造中的工藝并降低工藝成本?！彪妱悠嚨奈磥韺⒒趶陌雽w材料和基板層面開始的技術創(chuàng)新。過去一年中，對SiC基半導體材料的需求一直在增長。

Bonnin引用了Yole Developpement的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，SiC功率器件市場將從今天的5.6億美元增長到2024年的20億美元，復合年增長率為28%。博寧說：“碳化硅很可能成為未來十年的首選材料。”應用材料公司技術開發(fā)計劃的目標是，在Soitec專有的Smart Cut技術的基礎上，在2020年下半年創(chuàng)建SiC工程襯底的樣品。 Smart Cut技術目前用于制造絕緣體上硅(SOI)產品，該產品已被芯片制造商廣泛采用。

Bonnin說：“ Soitec的技術旨在通過在特定的接收器上層轉移最優(yōu)質的SiC材料并多次回收SiC材料來解決這些挑戰(zhàn)。”

“ Smart Cut是我們的晶圓鍵合和分層技術。本質上，這是一種將單個高質量SiC晶片變成多個高質量SiC晶片的方法。它是通過從高質量的供體襯底上去除非常薄的晶體材料層并將其粘合到成本/質量較低的晶圓上來實現(xiàn)的。這導致可以在其上構建半導體器件的具有高質量表面的多個晶片。我們相信，我們的Smart Cut技術適用于SiC，可以在基板和器件級別上顯著改善質量，性能和成本(圖1)?！?Olivier說。

每個芯片的開關損耗和傳導損耗將顯著降低，但是在高功率密度的情況下，芯片面積將進一步減小，而功率密度將不得不應對有效的熱管理。SiC功率二極管是最早進入市場的寬禁帶(WBG)器件之一，已廣泛滲透到特定領域，包括PV轉換器和電機驅動器。這些器件可立即提高效率，提高電壓并提高熱性能。這種材料的固有性能帶來了以下好處：SiC的室溫導熱率超過300W / mK。

“我們的技術將利用SiC材料的特性，并借助某些特定的層工程技術，將其優(yōu)勢推向新的器件挑戰(zhàn)?！? Bonnin說。溫度系數(shù)和開關頻率是電動汽車設計中的基本要素。與合作伙伴Si相比，其在高溫下的穩(wěn)定性以及在更高開關頻率下的可操作性，使系統(tǒng)的尺寸和重量得以減小，因為組件以較低的外形尺寸取代了笨重的磁性組件。

電氣方面的挑戰(zhàn)將解決開關模式下的電流泄漏問題，該問題可能導致過電壓和明顯的振蕩。由于用于控制功率模塊附近電流的電路布局，可以避免這些問題。另一個問題與交流電和大地之間的電容耦合有關：這種耦合在產生大量電磁干擾時變得至關重要。同樣，在這種情況下，電源模塊的智能設計可以幫助減少這種影響。

成本顯然是要考慮的因素：最大的挑戰(zhàn)是SiC器件的廣泛采用。電氣特性說明了它們如何能夠顯著降低系統(tǒng)成本，但最重要的是真正提高了整體效率。 SiC器件將通過新的封裝技術改變應用程序。以上就是SiC器件的相關解析，希望能給大家?guī)椭?