Hybride voertuigen betreden het SiC-tijdperk

China's hybride technologie maakt gebruik van siliciumcarbide om een efficiëntie-revolutie te stimuleren

Onlangs heeft Wuling Motors officieel aangekondigd dat zij siliciumcarbide (SiC) technologie in haar hybride voertuigen gaat gebruiken.Chery Auto onthulde ook nieuwe ontwikkelingen met betrekking tot SiC-gebaseerde hybride systemenToonaangevende Chinese autofabrikanten zoals Geely, Changan, BAIC en Hongqi hebben ook strategische investeringen gedaan in de siliconcarbidehybride-ruimte.De toepassing van SiC-technologie is een belangrijk hoogtepunt geworden.

In elektrische aandrijvingssystemen heeft de integratie van SiC-vermogensmodules in combinatie met HPDmini-verpakkingstechnologie geleid tot een verhoging van de vermogendichtheid met 268%, een verbetering van de huidige uitgangscapaciteit met 70% en een verhoging van het vermogen van de elektrische aandrijvingssystemen met 0,8%.en een verbetering van de warmteafvoer met 40%.

Bovendien kunnen de motoren nu tot 24.000 t/min draaien, waardoor de energie-efficiëntie en het vermogen aanzienlijk worden verbeterd.De hybride markt in China ervaart nu een golf van technologische evolutie, gecentreerd rond het SiC + Hybrid-model., waarbij talrijke autofabrikanten en Tier 1-leveranciers hun inzet versnellen.

Wat zijn de vooruitzichten voor de hybride markt?

Een toenemend aantal toepassingsgevallen wijst erop dat technologische upgrades en grootschalige uitbreidingen op de hybride markt in China een synergetisch momentum vormen.Volgens de laatste gegevens van de sectorIn de sector van plug-in hybride voertuigen in China bedroeg de geïnstalleerde base van DHT-systemen (Dedicated Hybrid Transmission) in 2024 3,713 miljoen eenheden, een stijging van 94,61% op jaarbasis.Hybride systemen met een tweemotorige architectuur waren goed voor maar liefst 97.7%, wat bevestigt dat zeer efficiënte, zeer geïntegreerde dual-motor-oplossingen de belangrijkste keuze zijn geworden.

Deze technologische ontwikkeling is nauw verbonden met het geïnstalleerde volume van dubbele elektronische bedieningsapparaten, dat 3,628 miljoen stuks bedroeg, met een stijging van 91,99% op jaarbasis.Het toont aan dat de autofabrikanten aanzienlijke vooruitgang hebben geboekt op het gebied van kerntechnologieën zoals vermogensafkoppeling en multi-modus rijden.. Volgens de2025 Witboek over Silicon Carbide (SiC) -apparaten en -modules IndustrieonderzoekIn het kader van het onderzoek van de Commissie heeft de Commissie vastgesteld dat het gebruik van de methode van de berekening van de prijzen voor de productie van SiC-toestellen in de Unie in het kader van het onderzoek van de Commissie in het kader van de beoordeling van de prijzen voor SiC-toestellen in het kader van de beoordeling van de prijzen voor de productie van SiC-toestellen in het kader van de beoordeling van de prijzen voor de productie van SiC-toestellen in het kader van de beoordeling van de prijzen voor de productie van SiC-toestellen in het kader van de beoordeling van de prijzen voor de productie van SiC-toestellen in het kader van de beoordeling van de prijzen voor de productie van SiC-toestellen in het kader van de beoordeling van de prijzen voor de productie van SiC-toestellen in het kader van de beoordeling van de beoordeling van de prijzen voor de productie van SiC-toestellen in het kader van de beoordeling van de beoordeling van de beoordeling van de prijzen voor de beoordeling van de beoordeling van

Meestal gebruikte SiC-producten in elektrische voertuigen

1.SiC-MOSFET (metalen-oxide-semi-geleider-veld-effect transistor van siliciumcarbide)

Toepassingen:

• Hoofd aandrijving omvormer (traction omvormer): Voert de motor door het omzetten van hoogspannings gelijkstroom in driefase wisselstroom.

• DC-DC-converter: stabiliseert de batterijspanning om lage-spanningssystemen van stroom te voorzien.

• On-board oplader (OBC): zet wisselstroom van het net om in gelijkstroom voor het opladen van batterijen.

Voordelen:

• Hoge schakelfrequentie → Verbetert de efficiëntie van het systeem

• Vermindert de totale grootte en het gewicht van het systeem

• Verlaagde vereisten voor thermisch beheer

2.SiC SBD (Siliciumcarbide Schottky barrière diode)

Toepassingen:

• Breed gebruikt in boordladers (OBC) en gelijkstroom- gelijkstroomomvormers

• Functies als rechtgever ter verbetering van de efficiëntie en vermindering van terugkerende terugwinning verliezen

Voordelen:

• Nul omgekeerde hersteltijd → Geschikt voor hoogfrequente schakeling

• Uitstekende thermische stabiliteit

3.SiC-kernmodules

Toepassingen:

• Integreert meerdere SiC-componenten (bv. MOSFETs + SBD's) in een compacte module

• Gebruikt in elektrische aandrijfsystemen, motorcontrollers en hoogspanningssystemen

Voordelen:

• Compact ontwerp geschikt voor een hoge vermogendichtheid

• Geoptimaliseerd thermisch beheer en EMI-onderdrukking

6 inch en 8 inch Silicon Carbide Substraten en Epitaxiale Wafers: De ruggengraat van de volgende generatie Power Devices

Samenvatting van SiC als materiaal

Siliciumcarbide is een breedbandgap halfgeleider met een bandgap van 3,26 eV (voor 4H-SiC), vergeleken met 1,12 eV voor silicium.

• Hoog kritisch elektrisch veld (~ 10x hoger dan silicium)

• Hoge thermische geleidbaarheid (~ 3x hoger dan silicium)

• Hoog onderbrekingsspanning

• Hoge elektronenverzadigingssnelheid

Deze eigenschappen maken SiC bijzonder geschikt voor krachtige, hoge frequentie en hoge temperatuur toepassingen.SiC kan bij hogere spanningen en temperaturen werken en tegelijkertijd energieverliezen verminderen, wat van cruciaal belang is voor de efficiëntie van de omzetting van vermogen.

SiC-substraten: de basis

Kristallenstructuur en polytypen

SiC bestaat in veel polytypen, maar 4H-SiC is het voorkeurmateriaal voor krachtelektronica vanwege de hogere elektronemobiliteit en de brede bandgap.Het substraat is typisch een monokristallijn wafer gesneden uit een bulk SiC bol gegroeid door fysieke stoomtransport (PVT) methoden.

Productie van SiC-substraten

Het productieproces omvat:

1. KristalgroeiMet behulp van PVT- of gemodificeerde Lely-methoden wordt hoogzuiver SiC-poeder onder hoge temperatuur (~ 2000°C) en lage druk gesublimeerd en herkristalliseerd op een zaadkristal.

2. Wafers snijden– The grown boule is precisely sliced into wafers (2", 4", 6", or 8").

3. Lapping en polijstenWafers worden gemalen, gelapeld en gepolijst om een ultravlak oppervlak te krijgen met minimale gebreken.

4. Inspectie¢ Substraten worden geïnspecteerd op ontwrichtingen, micropipes, ontwrichtingen van het basale vlak (BPD's) en andere kristallijnen.

Belangrijkste parameters

• Diameter:2", 4", 6", en opkomende 8" (200 mm)

• Hoek buiten de as:4° typisch voor 4H-SiC om de epitaxiale groei te verbeteren

• Oppervlakte afwerking:CMP gepolijst (epiread)

• Resistiviteit:Leidende of semi-isolatieve, afhankelijk van de doping (N-type, P-type of intrinsieke)

SiC-epitaxiale wafers: mogelijk maken van het ontwerp van een apparaat

Wat is een epitaxiale wafer?

Eenepitaxiale waferDe epitaxiale laag is ontworpen met specifieke elektrische profielen en dikteprofielen om aan de exacte eisen van krachtoestellen te voldoen.

Epitaxiale groeitechnieken

De meest voorkomende techniek isChemische dampafzetting (CVD)Het maakt een nauwkeurige controle mogelijk op:

• Dikte van de laag(meestal enkele tot tientallen micrometers)

• Dopingconcentratie(van 1015 tot 1019 cm−3)

• Uniformiteitover grote wafergebieden

Gassen zoals silane (SiH4) en propaan (C3H8) worden als precursoren gebruikt, samen met stikstof voor n-type doping of aluminium voor p-type doping.

Toepassingsgericht ontwerp

• MOSFET's:Voor een hoge blokkeringsspanning moeten laaggedopte driftlagen (515 μm) worden gebruikt.

• SBD's:Verlangen van ondiepere epitaxiale lagen met gecontroleerde doping voor lage voorste spanningsdaling

• JFET/IGBT:Op maat gemaakte laagstructuren voor specifiek aan-weerstands- en schakelgedrag

Voordelen van SiC-substraten en epilayers

Deze voordelen dragen rechtstreeks bij tot de vermindering van de grootte, het gewicht en de kosten van stroomomzetsystemen in elektrische voertuigen, opladers, zonne-omvormers en industriële aandrijvingen.

Uitdagingen en ontwikkelingen in de industrie

Uitdagingen

• Defectcontrole:Verplasingen in het basaal vlak (BPD's), micropipes en stapelfouten hebben invloed op de rendement van het apparaat.

• Waferkosten:SiC-substraten zijn aanzienlijk duurder dan Si, vanwege de groeistijd, de opbrengst en de complexiteit.

• Scalabiliteit:6-inch wafers zijn mainstream, maar de productie van 8-inch wafers bevindt zich nog steeds in de onderzoeks- en ontwikkelings- en proeffase.

Trends

• Migratie naar 8-inch wafersom de kosten per chip te verlagen

• Verbeterde kwaliteit van het substraatdoor middel van technieken voor de vermindering van gebreken

• Verticale integratiedoor fabrikanten om de volledige waardeketen van het substraat tot het verpakte apparaat te beheersen

• Snelle groei van de vraaggedreven door de markten voor automobiel (EV) en hernieuwbare energie

Conclusies

Siliciumcarbide-substraten en epitaxiale wafers vormen de kern van de volgende generatie power electronics.toepassingen met een hoge betrouwbaarheidNaarmate de wereld overgaat naar elektrificatie en koolstofneutraliteit, zal de vraag naar SiC-wafers blijven stijgen, waardoor innovatie en capaciteitsuitbreiding in de hele industrie worden aangedreven.

Of je nu een halfgeleiderfabrikant bent, een EV-ontwikkelaar of een energiesysteemintegrator,Het begrijpen en kiezen van de juiste SiC-substraten en epilayers is een cruciale stap naar prestaties en commercieel succes.