Гибридные автомобили вступают в эру SiC

Китайская гибридная технология использует карбид кремния для революции эффективности

Недавно Wuling Motors официально объявила о внедрении технологии карбида кремния (SiC) в своих гибридных автомобилях.Chery Auto также представила новые разработки, связанные с гибридными системами на основе SiCВедущие китайские автопроизводители, такие как Geely, Changan, BAIC и Hongqi, также сделали стратегические инвестиции в гибридное пространство кремниевого карбида.Применение SiC-технологий стало одним из основных направлений.

В электрических системах привода интеграция силовых модулей SiC в сочетании с технологией упаковки HPDmini привела к увеличению плотности мощности на 268%, улучшению текущей производительности на 70%.и 40% повышение эффективности теплораспределения.

Кроме того, скорость двигателя теперь может достигать 24 000 оборотов в минуту, что значительно улучшает энергоэффективность.Китайский гибридный рынок сейчас переживает волну технологической эволюции, сосредоточенную вокруг модели “SiC + Hybrid”, причем многие автопроизводители и поставщики Tier 1 ускоряют свое внедрение.

Какие перспективы для гибридного рынка?

Все большее количество случаев применения указывает на то, что технологические обновления и масштабное расширение на китайском гибридном рынке формируют синергетический импульс.Согласно последним данным отрасли, в 2024 году установленная база систем DHT (Dedicated Hybrid Transmission) в секторе гибридных транспортных средств Китая достигла 3,713 млн единиц, увеличившись на 94,61% в годовом исчислении.Гибридные системы, использующие архитектуру с двумя двигателями, составили до 97%.0,7%, что подтверждает, что высокоэффективные, высокоинтегрированные решения с двумя двигателями стали основным выбором.

Эта технологическая тенденция тесно связана с установленным объемом двойных электронных блоков управления, который достиг 3,628 млн. единиц, что на 91,99% больше, чем в прошлом году.Это свидетельствует о том, что производители автомобилей добились значительного прогресса в таких основных технологиях, как разъединение мощности и многорежимное вождениеСогласно2025 Белая книга о устройствах и модулях из карбида кремния (SiC)Поскольку стоимость SiC-устройств продолжает снижаться, ожидается, что гибридный рынок вступит во вторую фазу роста в период с 2025 по 2030 год.

Обычно используемые продукты SiC в электромобилях

1.SiC MOSFET (транзистор с полевым эффектом карбида кремния-оксида металла-полупроводника)

Применение:

• Инвертор главного привода (инвертор тяги): приводит в действие двигатель путем преобразования высоковольтной постоянной напряженности в трехфазную переменную напряженность.

• Конвертер постоянного тока: стабилизирует напряжение батареи для питания низковольтных систем.

• Встроенное зарядное устройство (OBC): преобразует электрическую энергию переменного тока в постоянный ток для зарядки батареи.

Преимущества:

• Высокая частота переключения → Повышает эффективность системы

• Уменьшает общий размер и вес системы

• Снижает требования к тепловому управлению

2.SiC SBD (карбид кремния Шоттки барьерный диод)

Применение:

• Широко используется в бортовых зарядных устройствах (OBC) и преобразователях DC-DC

• Функции ректификатора для повышения эффективности и уменьшения потерь обратного восстановления

Преимущества:

• Нулевое время обратного восстановления → Подходит для высокочастотного переключения

• Отличная тепловая устойчивость

3.Модули питания SiC

Применение:

• Интегрирует несколько компонентов SiC (например, MOSFET + SBD) в компактный модуль

• Используется в электрических системах привода, контроллерах двигателей и высоковольтных системах

Преимущества:

• Компактная конструкция, подходящая для высокой плотности мощности

• Оптимизированное тепловое управление и EMI подавление производительности

6-дюймовые и 8-дюймовые подложки карбида кремния и эпитаксиальные пластины: позвоночник энергетических устройств следующего поколения

Аннотация к материалу SiC

Карбид кремния - это полупроводник с широким диапазоном пробела с диапазоном пробела 3,26 eV (для 4H-SiC), по сравнению с 1,12 eV для кремния.

• Высокое критическое электрическое поле (~ 10 раз выше, чем у кремния)

• Высокая теплопроводность (~ 3 раза выше, чем у кремния)

• Высокое разрывное напряжение

• Высокая скорость насыщения электронов

Эти свойства делают SiC особенно подходящим для высокомощных, высокочастотных и высокотемпературных приложений.SiC может работать при более высоких напряжениях и температурах, сокращая при этом потери энергии, что имеет решающее значение для эффективности преобразования мощности.

Субстраты SiC: фундамент

Структура кристаллов и политипы

SiC существует во многих политипах, но 4H-SiC является предпочтительным материалом для силовой электроники из-за его более высокой мобильности электронов и широкой полосы пропускания.Субстрат обычно представляет собой монокристаллическую пластинку, нарезанную из сыпучего кубика SiC, выращенного методом физического пара транспорта (PVT).

Производство SiC-субстратов

Производственный процесс включает:

1. Кристальный ростПри использовании PVT или модифицированных методов Lely высокочистый порошок SiC сублимируется и перекристаллизуется на кристалл семян при высокой температуре (~ 2000 °C) и низком давлении.

2. Нарезка вафли️ Выросший мячик точно нарезают на пластины (2", 4", 6" или 8").

3. Окрашивание и полировка√ Вафли измельчают, лапают и полируют, чтобы получить сверхплоскую поверхность с минимальными дефектами.

4. Проверка¢ Проверяют субстраты на предмет вывихов, микротруб, вывихов базальной плоскости (BPD) и других кристаллических дефектов.

Ключевые параметры

• Диаметр:2", 4", 6" и выходящие 8" (200 мм)

• Угол вне оси:4° типично для 4H-SiC для улучшения эпитаксиального роста

• Окончание поверхности:CMP полированный (эпиредийный)

• Сопротивляемость:Проводящий или полуизоляционный, в зависимости от допинга (N-тип, P-тип или внутренний)

Си-Си эпитаксиальные пластинки: создание возможностей для разработки устройства

Что такое эпитаксиальная пластина?

- Что?эпитаксиальная пластинасостоит из тонкого, допированного SiC слоя, выращенного на полированном SiC субстрате. Эпитаксиальный слой разработан с конкретными электрическими и толщиновыми профилями, чтобы соответствовать точным требованиям силовых устройств.

Методы эпитаксиального роста

Наиболее распространенным методомХимическое отложение паров (CVD)Это позволяет точно контролировать:

• Толщина слоя(обычно от нескольких до десятков микрометров)

• Концентрация допинга(от 1015 до 1019 см−3)

• Однородностьна больших площадях пластин

В качестве прекурсоров используются такие газы, как силан (SiH4) и пропан (C3H8), а также азот для допинга n-типа или алюминий для допинга p-типа.

Ориентированное на применение проектирование

• MOSFET:Требуется низкодопированный дрейфный слой (515 μm) для высокого блокирующего напряжения

• SBD:Требуют более мелких эпитаксиальных слоев с контролируемым допингом для низкого падения напряжения вперед

• JFET/IGBT:Специально разработанные структуры слоев для специфического поведения сопротивления и переключения

Преимущества Си-Си субстратов и эпилайеров

Эти преимущества напрямую способствуют сокращению размера, веса и стоимости систем преобразования энергии в электромобилях, зарядных устройствах, солнечных инверторах и промышленных приводах.

Проблемы и тенденции в отрасли

Проблемы

• Контроль дефектов:Извержения базовой плоскости (BPD), микротрубки и ошибки в сборке влияют на производительность устройства.

• Стоимость пластинки:Субстраты SiC значительно дороже, чем Si, из-за времени роста, урожайности и сложности.

• Масштабируемость6-дюймовые пластинки являются основными, но 8-дюймовое производство пластинки остается на стадии исследований и разработок и пилотной стадии.

Тенденции

• Миграция на 8-дюймовые пластинычтобы снизить стоимость за чип

• Улучшение качества субстратас помощью методов уменьшения дефектов

• Вертикальная интеграцияпроизводителями для контроля всей цепочки создания стоимости от субстрата до упакованного устройства;

• Быстрый рост спросадвижимые автомобильными (EV) и возобновляемыми источниками энергии рынки

Заключение

Кремниевые карбидные субстраты и эпитаксиальные пластинки представляют собой ядро энергетической электроники следующего поколения.приложения с высокой надежностьюПо мере того как мир переходит к электрификации и углеродной нейтральности, спрос на SiC-облаки будет продолжать расти, стимулируя инновации и расширение мощностей в отрасли.

Независимо от того, являетесь ли вы производителем полупроводниковых устройств, разработчиком электромобилей или интегратором энергосистемы,Понимание и выбор правильных субстратов SiC и эпиляторов является важным шагом к достижению производительности и коммерческого успеха.