由于不断增加的电动汽车(EV),制造商为比较电力电子应用两个半导体技术:碳化硅和硅。
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碳化硅(SiC)报价耐高温性,降低了功耗,刚度,以及支持更小,更薄公司设计EV电力电子要求。
SiC目前的应用包括车载电池充电器、车载DC/DC转换器、车载DC快速充电器、汽车led照明和电动汽车动力总成。
据《汽车世界》(Automotive World)报道,随着电池和电机制造商达到当前技术的物理极限,有必要开发更高效的传动系统,SiC技术可能会增强未来的电动汽车创新。
在接受《半导体工程》采访时,Cree首席技术官John Palmour将碳化硅与硅进行了比较,这是电动汽车行业,尤其是工程师所欣赏的。
你可以在碳化硅,你真的在硅所需的设备,但由于硅的物理不在该电压范围内实际.
John Palmour,克里半导体工程首席技术官
带隙的重要性
碳化硅的在电动汽车和其他电力电子应用中的实用性取决于其宽带隙的功能,该带隙以电子伏(EV)测量,并详细说明了从材料的价带激发电子到导带所需的能量。
一段时间以来,硅(Si)一直是用于集成电路(ICs)和光伏芯片的首选半导体材料,其带隙为1.12 eV。砷化镓(GaAs)是一种通常用于太阳能电池的半导体,其带隙为1.42 eV。相比之下,碳化硅的带隙要宽得多,为3.26 eV。
由于更宽的带隙,碳化硅非常适合于更高的功率应用和与之相关的更高的温度。带隙与击穿电压有关,击穿电压是绝缘体部分导电的点。
硅的击穿电压约为600伏特,但基于sic的器件可以承受高达10倍的更高电压。当带隙随着温度升高而缩小时,更宽的带隙材料也能承受更高的温度。欧洲杯足球竞彩
碳化硅的刚性产生了一个稳定的结构,不会在热的压力下膨胀或收缩。
碳化硅更宽的带隙也有助于更快、更高效的开关和更紧凑、更薄的设备。SiC设备可以小于Si器件的厚度的十分之一,因为碳化硅的电压差,或电势差,并不需要必须跨越尽可能多的材料扩散。
这些快速和紧凑的解决方案有更小的阻力,导致减少能源和热损失,意味着更高的效率。此外,碳化硅较高的热导率使热的有效传输,可以减少或消除散热器的必要性。
电动汽车电力电子用SiC器件:优势与挑战
作为IEEE频谱报道,克里预计市场对碳化硅器件首次突破1亿$(美元),去年全球。如今,公司的碳化硅解决方案正在推动各种高电压,高温部件在不断扩大的电动车市场。
因为在EV的各个系统由不同的电压供电,其中一些Si器件具有转换和部分出适当的电压来窗口升降机,照明,推进和HVAC。与此相反,碳化硅技术有助于这些功能相同的功能,除了具有更好的速度,可靠性和效率。
碳化硅无与伦比的开关速度也为更快的充电器的发展提供了支持。板外充电器将输入交流电转换为直流电池存储。车载电池充电器将电池的直流电源转换为交流电源,用于主驱动电机。
碳化硅实现这些功能的速度比硅快,减少了热量和能量的损失。碳化硅元件的尺寸可以是硅器件的一半(或更小)。
由于碳化硅制造商继续以尽量减少材料的缺陷,可以预见,对于SiC器件的价格会下降 - 为未来的电动汽车应用是有益的。
碳化硅在电动汽车上的应用前景是光明的,但对电动汽车日益增长的需求可能会导致零部件缺陷,除非制造商配备正确的检测设备。2020欧洲杯下注官网
这是显著的重要性在研究与发展(R&d),其中加工工具验证差可以大大减少产量。MTI Instruments的备考300iSA系统行为在大规模晶片检查和增加的SiC材料的吞吐量。欧洲杯足球竞彩
在体积上识别缺陷可能很复杂,但MTI的电容技术比共焦系统具有显著的优势。
基于电容的技术与共焦系统
高分辨率共焦干涉仪是相当比电容更为昂贵。激光干涉仪也提供相对读数使得需要仪器校准到已知的厚度,在使用前的操作员。相比之下,基于电容的技术提供绝对测量。
此外,如果激光干涉仪失去对晶圆表面的跟踪,测量结果就不准确。在共焦系统中,测量透明或半透明半导体晶圆也是一项要求更高的任务。
电容式系统还具有其他优点。电容电路通常更稳定,并将低漂移与高精度结合在一起,然而,随着时间的推移,共焦系统中的激光传感器容易根据温度、热加热和其他因素漂移
基于电容的技术,如MTI的Proforma技术,可以扩大整个半导体供应链的质量控制应用。销售SiC晶圆的厂商可以在发货前进行高分辨率测量,并在收到后进行测量。
MTI的仪器形式发票300是是一款性价比高的基于电容的离线测量工具,支持制造过程中的早期质量检查。
它能够测量晶片厚度、总厚度变化(TTV)、弯曲和中心厚度,精度在±0.25µm内,分辨率为0.05 um。
由于能够支持研发项目,ProForma 300iSA也可以用于校准在线设备。2020欧洲杯下注官网为了提高电动汽车电力电子中使用的SiC晶片的生产率,请了解更多信息并向MTI索取样品报告。
该信息已经被采购,审查和改编自MTI仪器公司提供的材料欧洲杯足球竞彩
有关此来源的更多信息,请访问MTI仪器公司。