Xe hybrid bước vào kỷ nguyên SiC

Công nghệ lai của Trung Quốc đang tận dụng Silicon Carbide để thúc đẩy một cuộc cách mạng hiệu quả

Gần đây, Wuling Motors chính thức công bố việc áp dụng công nghệ silicon carbide (SiC) trong xe hybrid của mình.Chery Auto cũng công bố những phát triển mới liên quan đến các hệ thống lai dựa trên SiCCác nhà sản xuất ô tô hàng đầu của Trung Quốc như Geely, Changan, BAIC và Hongqi cũng đã đầu tư chiến lược vào không gian lai silicon carbide.Việc áp dụng công nghệ SiC đã trở thành một điểm nổi bật lớn.

Trong các hệ thống truyền động điện, việc tích hợp các mô-đun điện SiC kết hợp với công nghệ đóng gói HPDmini đã dẫn đến tăng mật độ điện 268%, cải thiện 70% khả năng đầu ra hiện tại,và 40% cải thiện hiệu quả phân tán nhiệt.

Ngoài ra, tốc độ động cơ bây giờ có thể đạt đến 24.000 rpm, cải thiện đáng kể phản ứng điện và hiệu quả năng lượng.Thị trường lai của Trung Quốc hiện đang trải qua một làn sóng phát triển công nghệ tập trung vào mô hình SiC + Hybrid, với nhiều nhà sản xuất ô tô và nhà cung cấp Tier 1 đẩy nhanh việc triển khai của họ.

Tương lai của thị trường hybrid là gì?

Một số trường hợp ứng dụng ngày càng tăng cho thấy việc nâng cấp công nghệ và mở rộng quy mô lớn trên thị trường lai của Trung Quốc đang tạo ra một động lực hợp tác.Theo dữ liệu ngành công nghiệp mới nhất, vào năm 2024, cơ sở lắp đặt hệ thống DHT (Dedicated Hybrid Transmission) trong lĩnh vực xe hybrid cắm vào của Trung Quốc đạt 3,713 triệu chiếc, tăng 94,61% so với năm ngoái.hệ thống lai áp dụng kiến trúc hai động cơ chiếm tới 97.7%, xác nhận rằng các giải pháp động cơ kép hiệu quả cao, tích hợp cao đã trở thành sự lựa chọn phổ biến.

Xu hướng công nghệ này liên quan chặt chẽ đến khối lượng cài đặt các đơn vị điều khiển điện tử kép, đạt 3,628 triệu bộ, tăng 91,99% so với cùng kỳ năm trước.Nó chứng minh rằng các nhà sản xuất ô tô đã đạt được tiến bộ đáng kể trong các công nghệ cốt lõi như tách nguồn và lái xe đa chế độTheo2025 Sách trắng về các thiết bị và mô-đun Silicon Carbide (SiC) Nghiên cứu công nghiệp, vì chi phí của các thiết bị SiC tiếp tục giảm, thị trường lai dự kiến sẽ bước vào giai đoạn tăng trưởng thứ hai giữa năm 2025 và 2030.

Các sản phẩm SiC thường được sử dụng trong xe điện

1.SiC MOSFET (SiC-Carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)

Ứng dụng:

• Chuyển đổi động cơ chính (chuyển đổi lực kéo): Điều khiển động cơ bằng cách chuyển đổi điện DC cao áp thành điện AC ba pha.

• Chuyển đổi DC-DC: Củng cố điện áp pin để cung cấp năng lượng cho các hệ thống điện áp thấp.

• Bộ sạc trên xe (OBC): Chuyển đổi điện lưới AC thành điện DC để sạc pin.

Ưu điểm:

• Tần số chuyển đổi cao → Cải thiện hiệu quả hệ thống

• Giảm kích thước và trọng lượng hệ thống tổng thể

• Giảm yêu cầu quản lý nhiệt

2.SiC SBD (Si-Carbide Schottky Barrier Diode)

Ứng dụng:

• Được sử dụng rộng rãi trong các bộ sạc trên tàu (OBC) và các bộ chuyển đổi DC-DC

• Chức năng như một bộ điều chỉnh để cải thiện hiệu quả và giảm tổn thất thu hồi ngược

Ưu điểm:

• Không có thời gian phục hồi ngược → Thích hợp cho chuyển đổi tần số cao

• Sự ổn định nhiệt tuyệt vời

3.Các mô-đun điện SiC

Ứng dụng:

• Tích hợp nhiều thành phần SiC (ví dụ: MOSFET + SBDs) vào một mô-đun nhỏ gọn

• Được sử dụng trong hệ thống động cơ điện, bộ điều khiển động cơ và hệ thống điện áp cao

Ưu điểm:

• Thiết kế nhỏ gọn phù hợp với mật độ công suất cao

• Quản lý nhiệt tối ưu và hiệu suất ức chế EMI

6 inch và 8 inch Silicon Carbide Substrate và Epitaxial Wafers: Cột sống của các thiết bị điện thế hệ tiếp theo

Tóm tắt của SiC như một vật liệu

Silicon carbide là một chất bán dẫn băng tần rộng với băng tần 3,26 eV (đối với 4H-SiC), so với 1,12 eV cho silicon. Nó cũng có:

• Trường điện quan trọng cao (~ 10 lần cao hơn silicon)

• Độ dẫn nhiệt cao (~ 3 lần cao hơn silicon)

• Điện áp ngắt cao

• Tốc độ bão hòa electron cao

Những tính chất này làm cho SiC đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng công suất cao, tần số cao và nhiệt độ cao.SiC có thể hoạt động ở điện áp và nhiệt độ cao hơn trong khi giảm tổn thất năng lượng, rất quan trọng đối với hiệu quả chuyển đổi điện.

Các chất nền SiC: Nền tảng

Cấu trúc tinh thể và đa kiểu

SiC tồn tại trong nhiều polytypes, nhưng 4H-SiC là vật liệu được ưa thích cho điện tử công suất do tính di động điện tử cao hơn và băng tần rộng.Lớp nền thường là một miếng vải đơn tinh được cắt từ một quả bóng SiC lớn được trồng bằng phương pháp vận chuyển hơi vật lý (PVT).

Sản xuất chất nền SiC

Quá trình sản xuất bao gồm:

1. Sự phát triển tinh thểSử dụng PVT hoặc phương pháp Lely sửa đổi, bột SiC tinh khiết cao được sublimated và tái tinh thể thành tinh thể hạt nhân dưới nhiệt độ cao (~ 2000 ° C) và áp suất thấp.

2. Cắt miếng wafer′′ Bùi đã trưởng thành được cắt tỉa chính xác thành miếng bánh (2", 4", 6", hoặc 8").

3. Láp & đánh bóng️ Wafers được nghiền, lắp và đánh bóng để đạt được bề mặt siêu phẳng với các khiếm khuyết tối thiểu.

4. Kiểm traCác chất nền được kiểm tra để kiểm tra sự trật, vi ống, trật cơ bản (BPD) và các khiếm khuyết tinh thể khác.

Các thông số chính

• Chiều kính:2", 4", 6", và xuất hiện 8" (200 mm)

• góc bên ngoài trục:4 ° điển hình cho 4H-SiC để cải thiện sự phát triển biểu trục

• Xét bề mặt:CMP đánh bóng (đã sẵn sàng)

• Kháng thấm:Hướng dẫn hoặc bán cách nhiệt, tùy thuộc vào chất doping (loại N, loại P hoặc nội tại)

SiC Epitaxial Wafers: Khả năng thiết kế thiết bị

Một miếng vải vỏ là gì?

Mộtbột epitaxibao gồm một lớp SiC mỏng, được tăng lên trên một chất nền SiC được đánh bóng. Lớp vòm được thiết kế với các hồ sơ điện và độ dày cụ thể để đáp ứng các yêu cầu chính xác của các thiết bị điện.

Kỹ thuật phát triển trục

Kỹ thuật phổ biến nhất làSự lắng đọng hơi hóa học (CVD)Nó cho phép kiểm soát chính xác:

• Độ dày lớp(thường là vài đến hàng chục micrometer)

• Nồng độ doping(từ 1015 đến 1019 cm−3)

• Sự đồng nhấtqua các khu vực wafer lớn

Các khí như silane (SiH4) và propane (C3H8) được sử dụng làm tiền chất, cùng với nitơ cho doping loại n hoặc nhôm cho doping loại p.

Thiết kế dựa trên ứng dụng

• MOSFET:Yêu cầu các lớp trôi dạt có doping thấp (5 ¢ 15 μm) cho điện áp chặn cao

• SBD:Yêu cầu các lớp epitaxial nông hơn với doping được kiểm soát để giảm điện áp phía trước thấp

• JFET/IGBT:Cấu trúc lớp tùy chỉnh cho hành vi bật kháng và chuyển đổi cụ thể

Ưu điểm của chất nền SiC & Epilayers

Những lợi thế này trực tiếp góp phần giảm kích thước, trọng lượng và chi phí của các hệ thống chuyển đổi điện trong EV, bộ sạc, biến tần năng lượng mặt trời và động cơ công nghiệp.

Thách thức và xu hướng trong ngành

Những thách thức

• Kiểm soát lỗi:Sự trục trặc của mặt phẳng cơ bản (BPD), các ống vi mô và lỗi xếp chồng ảnh hưởng đến năng suất thiết bị.

• Chi phí wafer:Các chất nền SiC đắt hơn đáng kể so với Si, do thời gian phát triển, năng suất và độ phức tạp.

• Khả năng mở rộng:Wafer 6 inch là chủ đạo, nhưng sản xuất wafer 8 inch vẫn còn trong giai đoạn R&D và thí điểm.

Xu hướng

• Chuyển sang các wafer 8 inchđể giảm chi phí cho mỗi chip

• Tăng chất lượng chất nềnthông qua các kỹ thuật giảm lỗi

• Tích hợp dọcbởi các nhà sản xuất để kiểm soát toàn bộ chuỗi giá trị từ chất nền đến thiết bị đóng gói

• Sự tăng trưởng nhanh chóng của nhu cầuđược thúc đẩy bởi thị trường ô tô (EV) và năng lượng tái tạo

Kết luận

Các chất nền silicon carbide và các wafer epitaxial đại diện cho cốt lõi của thế hệ điện tử năng lượng tiếp theo.Ứng dụng đáng tin cậy caoKhi thế giới chuyển đổi sang điện hóa và trung tính carbon, nhu cầu về các tấm SiC sẽ tiếp tục tăng vọt, thúc đẩy đổi mới và mở rộng năng lực trên toàn ngành.

Cho dù bạn là một nhà sản xuất thiết bị bán dẫn, nhà phát triển EV, hoặc tích hợp hệ thống điện,Hiểu và chọn đúng chất nền SiC và các lớp epilayer là một bước quan trọng để đạt được hiệu suất và thành công thương mại.