சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) சில்லுகளின் வடிவமைப்பு மற்றும் உற்பத்தியை அறிமுகப்படுத்துதல்: அடிப்படைகளிலிருந்து பயன்பாடு வரை.

சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) MOSFETகள் என்பது உயர் செயல்திறன் கொண்ட சக்தி குறைக்கடத்தி சாதனங்கள் ஆகும், அவை மின்சார வாகனங்கள் மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் முதல் தொழில்துறை ஆட்டோமேஷன் வரையிலான தொழில்களில் அவசியமாகிவிட்டன. பாரம்பரிய சிலிக்கான் (Si) MOSFETகளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​SiC MOSFETகள் அதிக வெப்பநிலை, மின்னழுத்தங்கள் மற்றும் அதிர்வெண்கள் உள்ளிட்ட தீவிர நிலைமைகளின் கீழ் சிறந்த செயல்திறனை வழங்குகின்றன. இருப்பினும், SiC சாதனங்களில் உகந்த செயல்திறனை அடைவது உயர்தர அடி மூலக்கூறுகள் மற்றும் எபிடாக்சியல் அடுக்குகளைப் பெறுவதைத் தாண்டி செல்கிறது - இதற்கு நுணுக்கமான வடிவமைப்பு மற்றும் மேம்பட்ட உற்பத்தி செயல்முறைகள் தேவை. உயர் செயல்திறன் கொண்ட SiC MOSFETகளை செயல்படுத்தும் வடிவமைப்பு அமைப்பு மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறைகள் பற்றிய ஆழமான ஆய்வை இந்தக் கட்டுரை வழங்குகிறது.

1. சிப் கட்டமைப்பு வடிவமைப்பு: உயர் செயல்திறனுக்கான துல்லியமான அமைப்பு

SiC MOSFET களின் வடிவமைப்பு,SiC வேஃபர், இது அனைத்து சாதன பண்புகளுக்கும் அடித்தளமாகும். ஒரு பொதுவான SiC MOSFET சிப் அதன் மேற்பரப்பில் பல முக்கியமான கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது, அவற்றுள்:

• மூல பேட்

• கேட் பேட்

• கெல்வின் சோர்ஸ் பேட்

திஎட்ஜ் டெர்மினேஷன் ரிங்(அல்லதுஅழுத்த வளையம்) என்பது சிப்பின் சுற்றளவில் அமைந்துள்ள மற்றொரு முக்கிய அம்சமாகும். இந்த வளையம் சிப்பின் விளிம்புகளில் மின்சார புலத்தின் செறிவைக் குறைப்பதன் மூலம் சாதனத்தின் முறிவு மின்னழுத்தத்தை மேம்படுத்த உதவுகிறது, இதனால் கசிவு மின்னோட்டங்களைத் தடுக்கிறது மற்றும் சாதன நம்பகத்தன்மையை அதிகரிக்கிறது. பொதுவாக, எட்ஜ் டெர்மினேஷன் ரிங் ஒருசந்திப்பு நிறுத்த நீட்டிப்பு (JTE)MOSFET இன் முறிவு மின்னழுத்தத்தை மேம்படுத்தவும், மின்சார புல விநியோகத்தை மேம்படுத்தவும் ஆழமான ஊக்கமருந்து முறையைப் பயன்படுத்தும் கட்டமைப்பு.

2. செயலில் உள்ள செல்கள்: மாறுதல் செயல்திறனின் மையக்கரு

திசெயலில் உள்ள கலங்கள்ஒரு SiC MOSFET இல் மின்னோட்டக் கடத்தல் மற்றும் மாறுதலுக்குப் பொறுப்பாகும். இந்த செல்கள் இணையாக அமைக்கப்பட்டிருக்கும், செல்களின் எண்ணிக்கை சாதனத்தின் ஒட்டுமொத்த ஆன்-ரெசிஸ்டன்ஸ் (Rds(on)) மற்றும் ஷார்ட்-சர்க்யூட் மின்னோட்டத் திறனை நேரடியாகப் பாதிக்கிறது. செயல்திறனை மேம்படுத்த, செல்களுக்கு இடையிலான தூரம் ("செல் பிட்ச்" என்று அழைக்கப்படுகிறது) குறைக்கப்பட்டு, ஒட்டுமொத்த கடத்தல் செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது.

செயலில் உள்ள செல்களை இரண்டு முதன்மை கட்டமைப்பு வடிவங்களில் வடிவமைக்க முடியும்:சமதளம்மற்றும்அகழிகட்டமைப்புகள். பிளானர் அமைப்பு, எளிமையானதாகவும் நம்பகமானதாகவும் இருந்தாலும், செல் இடைவெளி காரணமாக செயல்திறனில் வரம்புகளைக் கொண்டுள்ளது. இதற்கு நேர்மாறாக, அகழி கட்டமைப்புகள் அதிக அடர்த்தி கொண்ட செல் ஏற்பாடுகளை அனுமதிக்கின்றன, Rds(on) ஐக் குறைத்து அதிக மின்னோட்டக் கையாளுதலை செயல்படுத்துகின்றன. அகழி கட்டமைப்புகள் அவற்றின் சிறந்த செயல்திறன் காரணமாக பிரபலமடைந்து வரும் அதே வேளையில், பிளானர் கட்டமைப்புகள் இன்னும் அதிக அளவிலான நம்பகத்தன்மையை வழங்குகின்றன மற்றும் குறிப்பிட்ட பயன்பாடுகளுக்கு தொடர்ந்து மேம்படுத்தப்படுகின்றன.

3. JTE அமைப்பு: மின்னழுத்தத் தடுப்பை மேம்படுத்துதல்

திசந்திப்பு நிறுத்த நீட்டிப்பு (JTE)SiC MOSFET களில் கட்டமைப்பு ஒரு முக்கிய வடிவமைப்பு அம்சமாகும். சிப்பின் விளிம்புகளில் மின்சார புல விநியோகத்தைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் JTE சாதனத்தின் மின்னழுத்த-தடுப்பு திறனை மேம்படுத்துகிறது. அதிக மின்சார புலங்கள் பெரும்பாலும் குவிந்துள்ள விளிம்பில் முன்கூட்டியே முறிவைத் தடுக்க இது மிகவும் முக்கியமானது.

JTE இன் செயல்திறன் பல காரணிகளைப் பொறுத்தது:

• JTE பிராந்திய அகலம் மற்றும் ஊக்கமருந்து நிலை: JTE பகுதியின் அகலமும் டோபன்ட்களின் செறிவும் சாதன விளிம்புகளில் மின்சார புல பரவலைத் தீர்மானிக்கின்றன. ஒரு பரந்த மற்றும் அதிக அளவில் டோப் செய்யப்பட்ட JTE பகுதி மின்சார புலத்தைக் குறைத்து முறிவு மின்னழுத்தத்தை அதிகரிக்கலாம்.

• JTE கூம்பு கோணம் மற்றும் ஆழம்: JTE கூம்பின் கோணமும் ஆழமும் மின்சார புல பரவலைப் பாதிக்கிறது மற்றும் இறுதியில் முறிவு மின்னழுத்தத்தைப் பாதிக்கிறது. சிறிய கூம்பு கோணமும் ஆழமான JTE பகுதியும் மின்சார புல வலிமையைக் குறைக்க உதவுகின்றன, இதனால் அதிக மின்னழுத்தங்களைத் தாங்கும் சாதனத்தின் திறனை மேம்படுத்துகிறது.

• மேற்பரப்பு செயலிழப்பு: மேற்பரப்பு செயலற்ற நிலை அடுக்கு மேற்பரப்பு கசிவு மின்னோட்டங்களைக் குறைப்பதிலும் முறிவு மின்னழுத்தத்தை அதிகரிப்பதிலும் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. நன்கு உகந்ததாக்கப்பட்ட செயலற்ற நிலை அடுக்கு, அதிக மின்னழுத்தங்களிலும் சாதனம் நம்பகத்தன்மையுடன் செயல்படுவதை உறுதி செய்கிறது.

JTE வடிவமைப்பில் வெப்ப மேலாண்மை மற்றொரு முக்கியமான கருத்தாகும். SiC MOSFETகள் அவற்றின் சிலிக்கான் சகாக்களை விட அதிக வெப்பநிலையில் செயல்படும் திறன் கொண்டவை, ஆனால் அதிகப்படியான வெப்பம் சாதன செயல்திறன் மற்றும் நம்பகத்தன்மையைக் குறைக்கும். இதன் விளைவாக, வெப்பச் சிதறல் மற்றும் வெப்ப அழுத்தத்தைக் குறைத்தல் உள்ளிட்ட வெப்ப வடிவமைப்பு, நீண்டகால சாதன நிலைத்தன்மையை உறுதி செய்வதில் மிக முக்கியமானது.

4. இழப்புகளை மாற்றுதல் மற்றும் கடத்தல் எதிர்ப்பு: செயல்திறன் உகப்பாக்கம்

SiC MOSFET களில்,கடத்தல் எதிர்ப்பு(ரூ.)) மற்றும்மாறுதல் இழப்புகள்ஒட்டுமொத்த செயல்திறனை நிர்ணயிக்கும் இரண்டு முக்கிய காரணிகள். Rds(on) மின்னோட்ட கடத்தலின் செயல்திறனை நிர்வகிக்கும் அதே வேளையில், ஆன் மற்றும் ஆஃப் நிலைகளுக்கு இடையிலான மாற்றங்களின் போது மாறுதல் இழப்புகள் ஏற்படுகின்றன, இது வெப்ப உற்பத்தி மற்றும் ஆற்றல் இழப்புக்கு பங்களிக்கிறது.

இந்த அளவுருக்களை மேம்படுத்த, பல வடிவமைப்பு காரணிகளைக் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்:

• செல் சுருதி: சுருதி, அல்லது செயலில் உள்ள செல்களுக்கு இடையிலான இடைவெளி, Rds(on) மற்றும் மாறுதல் வேகத்தை தீர்மானிப்பதில் குறிப்பிடத்தக்க பங்கை வகிக்கிறது. சுருதியைக் குறைப்பது அதிக செல் அடர்த்தி மற்றும் குறைந்த கடத்தல் எதிர்ப்பை அனுமதிக்கிறது, ஆனால் அதிகப்படியான கசிவு மின்னோட்டங்களைத் தவிர்க்க சுருதி அளவு மற்றும் வாயில் நம்பகத்தன்மைக்கு இடையிலான உறவையும் சமநிலைப்படுத்த வேண்டும்.

• கேட் ஆக்சைடு தடிமன்: கேட் ஆக்சைடு அடுக்கின் தடிமன் கேட் கொள்ளளவைப் பாதிக்கிறது, இது மாறுதல் வேகத்தையும் Rds(ஆன்) ஐயும் பாதிக்கிறது. மெல்லிய கேட் ஆக்சைடு மாறுதல் வேகத்தை அதிகரிக்கிறது, ஆனால் கேட் கசிவு அபாயத்தையும் அதிகரிக்கிறது. எனவே, வேகம் மற்றும் நம்பகத்தன்மையை சமநிலைப்படுத்துவதற்கு உகந்த கேட் ஆக்சைடு தடிமனைக் கண்டறிவது அவசியம்.

• வாயில் எதிர்ப்பு: கேட் பொருளின் எதிர்ப்பு மாறுதல் வேகம் மற்றும் ஒட்டுமொத்த கடத்தல் எதிர்ப்பு இரண்டையும் பாதிக்கிறது. ஒருங்கிணைப்பதன் மூலம்வாயில் எதிர்ப்புநேரடியாக சிப்பில் இணைக்கப்படும்போது, ​​தொகுதி வடிவமைப்பு மிகவும் நெறிப்படுத்தப்பட்டு, பேக்கேஜிங் செயல்பாட்டில் சிக்கலான தன்மை மற்றும் சாத்தியமான தோல்விப் புள்ளிகளைக் குறைக்கிறது.

5. ஒருங்கிணைந்த வாயில் எதிர்ப்பு: தொகுதி வடிவமைப்பை எளிதாக்குதல்

சில SiC MOSFET வடிவமைப்புகளில்,ஒருங்கிணைந்த வாயில் எதிர்ப்புபயன்படுத்தப்படுகிறது, இது தொகுதி வடிவமைப்பு மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறையை எளிதாக்குகிறது. வெளிப்புற கேட் மின்தடையங்களின் தேவையை நீக்குவதன் மூலம், இந்த அணுகுமுறை தேவையான கூறுகளின் எண்ணிக்கையைக் குறைக்கிறது, உற்பத்தி செலவுகளைக் குறைக்கிறது மற்றும் தொகுதியின் நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது.

கேட் ரெசிஸ்டன்ஸை நேரடியாக சிப்பில் சேர்ப்பது பல நன்மைகளை வழங்குகிறது:

• எளிமைப்படுத்தப்பட்ட தொகுதி அசெம்பிளி: ஒருங்கிணைந்த கேட் எதிர்ப்பு வயரிங் செயல்முறையை எளிதாக்குகிறது மற்றும் தோல்வியின் அபாயத்தைக் குறைக்கிறது.

• செலவு குறைப்பு: வெளிப்புற கூறுகளை நீக்குவது பொருட்களின் விலை (BOM) மற்றும் ஒட்டுமொத்த உற்பத்தி செலவுகளைக் குறைக்கிறது.

• மேம்படுத்தப்பட்ட பேக்கேஜிங் நெகிழ்வுத்தன்மை: கேட் ரெசிஸ்டன்ஸின் ஒருங்கிணைப்பு மிகவும் கச்சிதமான மற்றும் திறமையான தொகுதி வடிவமைப்புகளை அனுமதிக்கிறது, இது இறுதி பேக்கேஜிங்கில் மேம்பட்ட இட பயன்பாட்டிற்கு வழிவகுக்கிறது.

6. முடிவு: மேம்பட்ட சாதனங்களுக்கான சிக்கலான வடிவமைப்பு செயல்முறை.

SiC MOSFETகளை வடிவமைத்தல் மற்றும் உற்பத்தி செய்தல் என்பது ஏராளமான வடிவமைப்பு அளவுருக்கள் மற்றும் உற்பத்தி செயல்முறைகளின் சிக்கலான இடைச்செருகலை உள்ளடக்கியது. சிப் தளவமைப்பு, செயலில் உள்ள செல் வடிவமைப்பு மற்றும் JTE கட்டமைப்புகளை மேம்படுத்துவதில் இருந்து, கடத்தல் எதிர்ப்பு மற்றும் மாறுதல் இழப்புகளைக் குறைத்தல் வரை, சிறந்த செயல்திறனை அடைய சாதனத்தின் ஒவ்வொரு கூறும் நேர்த்தியாக சரிசெய்யப்பட வேண்டும்.

வடிவமைப்பு மற்றும் உற்பத்தி தொழில்நுட்பத்தில் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றங்களுடன், SiC MOSFETகள் அதிகளவில் திறமையானவை, நம்பகமானவை மற்றும் செலவு குறைந்தவையாக மாறி வருகின்றன. உயர் செயல்திறன் கொண்ட, ஆற்றல் திறன் கொண்ட சாதனங்களுக்கான தேவை அதிகரித்து வருவதால், மின்சார வாகனங்கள் முதல் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி கட்டங்கள் மற்றும் அதற்கு அப்பால் அடுத்த தலைமுறை மின் அமைப்புகளுக்கு சக்தி அளிப்பதில் SiC MOSFETகள் முக்கிய பங்கு வகிக்கத் தயாராக உள்ளன.