የሲሊኮን ካርቦይድ (ሲሲ) ቺፖችን ዲዛይን እና ማምረት ይፋ ማድረግ፡ ከመሠረታዊ ነገሮች እስከ አተገባበር

ሲሊከን ካርባይድ (ሲሲ) MOSFETዎች ከኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች እና ከታዳሽ ኃይል እስከ ኢንዱስትሪ አውቶሜሽን ባሉ ኢንዱስትሪዎች ውስጥ አስፈላጊ የሆኑ ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸው የኃይል ሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች ናቸው። ከባህላዊ ሲሊከን (ሲ) MOSFETዎች ጋር ሲነጻጸር፣ SiC MOSFETs ከፍተኛ የሙቀት መጠኖችን፣ ቮልቴጅዎችን እና ድግግሞሾችን ጨምሮ በጣም ከባድ በሆኑ ሁኔታዎች ውስጥ የላቀ አፈፃፀም ይሰጣሉ። ሆኖም ግን፣ በሲሲ መሳሪያዎች ውስጥ ጥሩ አፈጻጸም ማግኘት ከፍተኛ ጥራት ያላቸውን ንጣፎች እና ኤፒታክሲያል ንብርብሮችን ከማግኘት ያለፈ ነው - ጥንቃቄ የተሞላበት ዲዛይን እና የላቁ የማኑፋክቸሪንግ ሂደቶችን ይፈልጋል። ይህ ጽሑፍ ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸውን SiC MOSFETs የሚያስችሏቸውን የዲዛይን መዋቅር እና የማኑፋክቸሪንግ ሂደቶችን በጥልቀት ይመረምራል።

1. የቺፕ መዋቅር ዲዛይን፡ ለከፍተኛ ቅልጥፍና ትክክለኛ አቀማመጥ

የ SiC MOSFETs ዲዛይን የሚጀምረው በዲዛይኑ አቀማመጥ ነው።የሲሲ ዋፈር, ይህም ለሁሉም የመሣሪያ ባህሪያት መሰረት ነው። የተለመደው የSiC MOSFET ቺፕ በገጹ ላይ በርካታ ወሳኝ ክፍሎችን ያቀፈ ሲሆን ከእነዚህም ውስጥ የሚከተሉት ይገኙበታል፦

• የምንጭ ፓድ

• የበር ፓድ

• የኬልቪን ምንጭ ፓድ

የየጠርዝ ተርሚናል ቀለበት(ወይም)የግፊት ቀለበት) በቺፑ ዙሪያ የሚገኝ ሌላ አስፈላጊ ባህሪ ነው። ይህ ቀለበት በቺፑ ጠርዝ ላይ ያለውን የኤሌክትሪክ መስክ ክምችት በመቀነስ የመሳሪያውን የመበላሸት ቮልቴጅ ለማሻሻል ይረዳል፣ በዚህም የፍሳሽ ፍሰትን ይከላከላል እና የመሳሪያውን አስተማማኝነት ያሻሽላል። በተለምዶ የጠርዝ ተርሚኔሽን ቀለበት የተመሰረተው በየመጋጠሚያ ተርሚኔሽን ኤክስቴንሽን (JTE)የኤሌክትሪክ መስክ ስርጭትን ለማመቻቸት እና የMOSFET የመበላሸት ቮልቴጅን ለማሻሻል ጥልቅ ዶፒንግ የሚጠቀም መዋቅር።

2. አክቲቭ ሴልስ፡ የመቀየሪያ አፈጻጸም ዋና አካል

የአክቲቭ ሴሎችበSiC MOSFET ውስጥ ለአሁኑ ማስተላለፊያ እና መቀያየር ኃላፊነት አለባቸው። እነዚህ ሴሎች በትይዩ የተደረደሩ ሲሆን የሴሎች ብዛት በቀጥታ የመሳሪያውን አጠቃላይ የመቋቋም አቅም (Rds(on)) እና የአጭር-ወረዳ የአሁኑን አቅም ይነካል። አፈፃፀምን ለማሻሻል፣ በሴሎች መካከል ያለው ርቀት (“ሴል ፒች” በመባል የሚታወቀው) ይቀንሳል፣ ይህም አጠቃላይ የኮንዶሚሽን ቅልጥፍናን ያሻሽላል።

አክቲቭ ሴሎች በሁለት ዋና ዋና መዋቅራዊ ቅርጾች ሊቀረጹ ይችላሉ፡ጠፍጣፋእናቦይመዋቅሮች። ጠፍጣፋው መዋቅር ቀላል እና የበለጠ አስተማማኝ ቢሆንም፣ በሴል ክፍተት ምክንያት በአፈጻጸም ረገድ ገደቦች አሉት። በተቃራኒው፣ የትሬች መዋቅሮች ከፍተኛ ጥግግት ያለው የሴል ዝግጅት እንዲኖር ያስችላሉ፣ ይህም Rds(on) ይቀንሳል እና ከፍተኛ የጅረት አያያዝን ያስችላል። የትሬች መዋቅሮች በከፍተኛ አፈፃፀማቸው ምክንያት ተወዳጅነትን እያገኙ ቢሆንም፣ ጠፍጣፋው መዋቅር አሁንም ከፍተኛ አስተማማኝነት ይሰጣል እና ለተወሰኑ አፕሊኬሽኖች መመቻቸቱን ቀጥሏል።

3. የጄቲኢ መዋቅር፡ የቮልቴጅ እገዳን ማሻሻል

የየመጋጠሚያ ተርሚኔሽን ኤክስቴንሽን (JTE)መዋቅር በSiC MOSFETs ውስጥ ቁልፍ የዲዛይን ባህሪ ነው። JTE በቺፕ ጠርዞች ላይ ያለውን የኤሌክትሪክ መስክ ስርጭት በመቆጣጠር የመሳሪያውን የቮልቴጅ ማገጃ አቅም ያሻሽላል። ይህ ከፍተኛ የኤሌክትሪክ መስኮች ብዙውን ጊዜ በሚከማቹበት ጠርዝ ላይ ያለጊዜው መበላሸትን ለመከላከል ወሳኝ ነው።

የጄቲኢ ውጤታማነት በብዙ ምክንያቶች ላይ የተመሠረተ ነው-

• የጄቲኢ ክልል ስፋት እና የዶፒንግ ደረጃየጄቲኢ ክልል ስፋት እና የዶፓንቶች ክምችት በመሳሪያው ጠርዝ ላይ ያለውን የኤሌክትሪክ መስክ ስርጭት ይወስናል። ሰፋ ያለ እና በጣም የተለጠፈ የጄቲኢ ክልል የኤሌክትሪክ መስክን ሊቀንስ እና የብልሽት ቮልቴጅን ሊያሻሽል ይችላል።

• የጄቲኢ ኮን አንግል እና ጥልቀትየጄቲኢ ኮን አንግል እና ጥልቀት የኤሌክትሪክ መስክ ስርጭት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራሉ እና በመጨረሻም የመበላሸት ቮልቴጅን ይነካሉ። አነስተኛ የኮን አንግል እና ጥልቅ የጄቲኢ ክልል የኤሌክትሪክ መስክ ጥንካሬን ለመቀነስ ይረዳሉ፣ በዚህም የመሣሪያውን ከፍተኛ ቮልቴጅ የመቋቋም ችሎታ ያሻሽላሉ።

• የገጽታ ፓስቪዥንየገጽታ ፓስቪዥን ንብርብር የገጽታ ማፍሰስ ሞገዶችን በመቀነስ እና የብልሽት ቮልቴጅን በማሳደግ ረገድ ወሳኝ ሚና ይጫወታል። በሚገባ የተመቻቸ የማለፊያ ንብርብር መሳሪያው በከፍተኛ ቮልቴጅ እንኳን በአስተማማኝ ሁኔታ እንዲሰራ ያረጋግጣል።

የሙቀት አስተዳደር በጄቲኢ ዲዛይን ውስጥ ሌላው ወሳኝ ጉዳይ ነው። የሲሲ ሞስፌትስ ከሲሊኮን አቻዎቻቸው በበለጠ የሙቀት መጠን መስራት ይችላሉ፣ ነገር ግን ከመጠን በላይ ሙቀት የመሳሪያውን አፈፃፀም እና አስተማማኝነት ሊያዳክም ይችላል። በዚህም ምክንያት የሙቀት ዲዛይን፣ የሙቀት መበታተን እና የሙቀት ጭንቀትን መቀነስን ጨምሮ፣ የረጅም ጊዜ የመሳሪያ መረጋጋትን ለማረጋገጥ ወሳኝ ነው።

4. የመቀያየር ኪሳራዎች እና የኮንዶሚሽን መቋቋም፡ የአፈጻጸም ማመቻቸት

በሲሲ ሞስፌትስ፣የመተላለፊያ መቋቋም(መንገዶች (በ)) እናኪሳራዎችን መቀየርአጠቃላይ ቅልጥፍናን የሚወስኑ ሁለት ቁልፍ ነገሮች ናቸው። Rds(on) የአሁኑን ማስተላለፊያ ውጤታማነት የሚቆጣጠር ቢሆንም፣ የመቀየሪያ ኪሳራዎች የሚከሰቱት በማብራት እና በማጥፋት ሁኔታዎች መካከል በሚደረጉ ሽግግሮች ወቅት ሲሆን ይህም ለሙቀት ማመንጨት እና ለኃይል ብክነት አስተዋጽኦ ያደርጋል።

እነዚህን መለኪያዎች ለማመቻቸት በርካታ የዲዛይን ምክንያቶች ግምት ውስጥ መግባት አለባቸው:

• የሕዋስ ፒክ፦ የ Rds(በርቷል) እና የመቀየሪያ ፍጥነትን በመወሰን ረገድ የፒክ ወይም የክፍተት መጠን (ፔስት) ሚና ይጫወታል። የፒክ መጠንን መቀነስ ከፍተኛ የሴል ጥግግት እና ዝቅተኛ የኮንዳክሽን መቋቋም እንዲኖር ያስችላል፣ ነገር ግን ከመጠን በላይ የመፍሰስ ሞገዶችን ለማስወገድ በፒክ መጠን እና በበር አስተማማኝነት መካከል ያለው ግንኙነትም ሚዛናዊ መሆን አለበት።

• የጌት ኦክሳይድ ውፍረትየጌት ኦክሳይድ ንብርብር ውፍረት የጌት አቅምን ይነካዋል፣ ይህም በተራው የመቀየሪያ ፍጥነትን እና Rds(በር) ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል። ቀጭን የጌት ኦክሳይድ የመቀየሪያ ፍጥነትን ይጨምራል ነገር ግን የጌት መፍሰስ አደጋን ይጨምራል። ስለዚህ፣ ፍጥነትን እና አስተማማኝነትን ለማመጣጠን ምርጡን የጌት ኦክሳይድ ውፍረት ማግኘት አስፈላጊ ነው።

• የበር መቋቋምየበሩ ቁሳቁስ መቋቋም የመቀየሪያ ፍጥነትን እና አጠቃላይ የኮንዳክሽን መቋቋምን ይነካል። በማዋሃድየበር መቋቋምበቀጥታ ወደ ቺፕው ውስጥ፣ የሞጁል ዲዛይን የበለጠ የተሳለጠ ይሆናል፣ ይህም በማሸጊያ ሂደቱ ውስጥ ውስብስብነትን እና ሊሆኑ የሚችሉ የውድቀት ነጥቦችን ይቀንሳል።

5. የተቀናጀ የበር መቋቋም፡ የሞዱል ዲዛይንን ቀላል ማድረግ

በአንዳንድ የሲሲ ሞስፌት ዲዛይኖች ውስጥ፣የተቀናጀ የበር መቋቋምጥቅም ላይ ይውላል፣ ይህም የሞጁሉን ዲዛይን እና የማኑፋክቸሪንግ ሂደት ቀላል ያደርገዋል። ይህ አካሄድ የውጪ በር ተቃዋሚዎችን አስፈላጊነት በማስወገድ የሚያስፈልጉትን ክፍሎች ብዛት ይቀንሳል፣ የማምረቻ ወጪዎችን ይቀንሳል እና የሞጁሉን አስተማማኝነት ያሻሽላል።

የበር መከላከያ በቀጥታ በቺፑ ላይ ማካተት በርካታ ጥቅሞችን ይሰጣል፡

• ቀለል ያለ የሞዱል ስብሰባ: የተቀናጀ የበር መቋቋም የሽቦ ሂደቱን ቀላል ያደርገዋል እና የመበላሸት አደጋን ይቀንሳል።

• የወጪ ቅነሳ: ውጫዊ ክፍሎችን ማስወገድ የቁሳቁሶችን ሂሳብ (BOM) እና አጠቃላይ የማኑፋክቸሪንግ ወጪዎችን ይቀንሳል።

• የተሻሻለ የማሸጊያ ተለዋዋጭነትየበር መቋቋም ውህደት የበለጠ የታመቀ እና ቀልጣፋ የሞጁል ዲዛይኖችን ያስችላል፣ ይህም በመጨረሻው ማሸጊያ ላይ የተሻሻለ የቦታ አጠቃቀምን ያስከትላል።

6. ማጠቃለያ፡ ለላቁ መሳሪያዎች ውስብስብ የዲዛይን ሂደት

የSiC MOSFETs ዲዛይን እና ማምረት የተለያዩ የዲዛይን መለኪያዎችን እና የማምረቻ ሂደቶችን ውስብስብ መስተጋብር ያካትታል። የቺፕ አቀማመጥን፣ አክቲቭ ሴል ዲዛይንን እና የJTE መዋቅሮችን ከማመቻቸት ጀምሮ፣ የኮንዳክሽን መቋቋምን እና የመቀየሪያ ኪሳራዎችን መቀነስ ድረስ፣ የመሳሪያው እያንዳንዱ አካል በተቻለ መጠን ምርጡን አፈጻጸም ለማሳካት በጥሩ ሁኔታ መስተካከል አለበት።

በዲዛይንና በማኑፋክቸሪንግ ቴክኖሎጂ ቀጣይነት ባለው እድገት፣ SiC MOSFETs ከጊዜ ወደ ጊዜ ቀልጣፋ፣ አስተማማኝ እና ወጪ ቆጣቢ እየሆኑ መጥተዋል። ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸው እና ኃይል ቆጣቢ የሆኑ መሳሪያዎች ፍላጎት እየጨመረ ሲሄድ፣ SiC MOSFETs ከኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች እስከ ታዳሽ የኃይል ፍርግርግ እና ከዚያም በላይ ያሉትን የሚቀጥለውን የኤሌክትሪክ ስርዓቶች ኃይል በማመንጨት ረገድ ቁልፍ ሚና ለመጫወት ተዘጋጅተዋል።