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SiC车规应用爆发在即,权威专家在线解答热点问题

2023/1/28 9:15:05      材料来源:

2023年1月12日“SiC车规应用爆发在即”在线主题会议已圆满结束!会议当天,演讲嘉宾们的精彩分享引得在线听众踊跃提问,由于时间原因很多问题都嘉宾们都未能及时回复,现在我社与演讲嘉宾共同整理了问题汇总,接下来,快来看看您的问题有没有被解答呢?

 

嘉宾专业解答
陆敏博士
《 》主编、常州臻晶半导体有限公司总经理
 
 
:请教陆老师,电动车与光伏储能等其他领域相比,对于 的要求标准差异有多大?

答:差异较大,不过无法定量描述,因为产品车规认证是对器件的,不是对材料,材料目前只有车规体系认证,从器件传递到材料,关系比较复杂,没有严格的对应关系。

问:请教陆博士,在长晶过程中一台设备必须要有一个人调试,还是多台长晶炉可以只需要1个人来管控?

答:一般1人都可以操作多台设备。

问:陆博士您好,非常感谢划时代全新技术的分享,前面的分享中,我想提一个问题,和PVT方法相比,液相法生长的晶锭的规模化量产的工艺是否与现有的PVT方法有一定的简化?

答:是的,液相法无需 粉料合成;另外液相法长晶温度低,晶体中内应力小,对后续晶体及晶片加工更有利。

问:陆博士您好,请教下液相法大尺寸成分均匀性如何去控制?以及您预测液相法大概还需多久商业使用率能超过PVT法?

答:应该是电阻率均匀性控制,与PVT一样,主要是通过优化工艺,还有热场。初步预测液相法3年内产业化,5年内超越PVT。

问:陆博您好,请问液相法做成P型的 缺陷是否比较低呢?以及,如何去除缺陷问题?如做成IGBT器件,是否仍需要N型的过度层呢?谢谢!

答:是的,总位错密度可以控制在3位数以下;通过位错线转向到平面内来降低穿透位错;类似于MOSFET,需要。

问:SiC wafer有的呈现墨绿色,有的是透明的,是金属参杂浓度的差异吗?各有什么应用。只有透明的SiC wafer才能用来做外延片吗?

答:墨绿色是n型导电,CVD外延 用于电力电子;透明的是半绝缘,MOCVD外延氮化镓,用于微波射频。

问:老师您好,请问液相法实现大规模生产的核心点在哪里?是人才、工艺参数的调试,还是设备,哪个环节是液相法生产和扩产的瓶颈呢?

答:人才和工艺。

问:目前国内外是否有做导电型 衬底的液相外延?进展如何?

答:目前主要就是做导电型,包括n及p;都集中在实现6英寸的产业化研发阶段。

问:陆博士,您好,目前液相法生长技术掺杂好控制吗?

答:可以,n型与PVT类似,就是通入氮气,p型就是加入固体Al源。

问:SiC无P型参杂,有高压市场应用限制, 现电动车TESLA的高压应用是哪种型式的SiC应用?

答:车规的高压应用于对 而言还是属于低压,650V器件做400V系统、1200V器件做800V系统,将来900V更高系统,也就至多1700V器件就足矣。另外CVD外延是可以实现p型掺杂的,不过PVT是不易实现p型重掺的,故无法生产低阻p型衬底,但液相法是可以的。

问:中国目前都有哪些玩家是用液相法的 请教一下

答:北京晶格领域、常州臻晶半导体。

问:液相法的晶棒长度最多能长到多长

答:理论上可以达到10cm以上,目前尚在2cm之内。

问:因为液相法是液态输运, 其原材料的固态粒度有要求么?  粒度越细越好?

答:粒度基本没有要求,不能太细。

问:碳溶剂本身技术要求是什么呢?

答:溶碳能力强、与硅少反应、熔点低、粘度小、饱和蒸气压低等。

问:您好,陆博士。P型SiC电阻率做到多少能满足器件要求

答:50毫欧.厘米以下。

问:液相法有什么缺点呢?

答:目前尚未产业化、助溶剂夹杂。

问:cree的 SiC非常贵,他们不是液相法吧?

答:不是,是PVT。

问:液相法扩径是通过控制提拉速度吗?

答:不是,通过径向温度梯度。

 

嘉宾专业解答

钟国仿博士 

深圳市纳设智能装备有限公司 首席科学家


问:钟博士好,通常来说,SiC外延结果会依赖于SiC衬底质量,请问:

1)SiC衬底的哪些参数是最关键的?

2)如果SiC衬底质量欠佳,能否通过外延工艺的优化,来获得高质量外延层?还是说,仍要挑选高质量的衬底,如何折中取舍?

答:高质量的衬底的重要性无可厚非,如果衬底质量不达标,会影响后续的外延工艺结果,可能会出现层错,位错等缺陷。

问:外延层薄膜应力是关键的外延性能指标吗?

答:外延厂会测试Bow值,但是没有客户对设备厂进行Bow值要求,所以并非关键指标。

问:sic外延厚度范围一般是多少?

答:常用的是10微米,主要看下游客户的需求,一般在100微米以内。

问:请教专家,目前贵司设备外延生长产量可以达到什么水平?与国外差异如何?

答:在30微米每小时,差不多。在高速生长上,由于我们独特的气路设计,我们有优势。

问:SiC wafer有的呈现墨绿色,有的是透明的,是金属参杂浓度的差异吗?各有什么应用。只有透明的SiC wafer才能用来做外延片吗?

答:4H-SiC作为宽禁带半导体,禁带宽度为3.26eV。纯SiC(无掺杂)是纯透明的,根据掺杂的种类和掺杂的程度不同,呈现出黄绿色或墨绿色。一般无掺杂的高透明SiC是用来做GaN外延的,而高掺杂SiC是用来做SiC外延的,使用无掺杂还是有掺杂wafer主要跟下游器件要求相关。

问:请问现在贵公司cvd石墨烯产品可以做到多薄的?是否能达到单原子或双原子厚度?

答:主要是单原子层,但是因铜箔质量不高,没做过任何表面清洗/抛光,有双层形核,但是面积占比很小。

问:纳设未来会做多片的MOCVD吗?

答:看市场需求。

问:国产目前已经有垂直机台的设备,纳设会做吗?什么时候有?

答:看市场需求。

问:想问钟博士两个问题

1)我国目前一共大约有多少台 外延设备? 外延设备国产占有率如何?国产技术水平怎样?

2) 外延核心部件石墨盘,目前主要涂层是碳化钽还是 ?国产石墨盘占比多少?国产石墨盘技术如何?

答:目前国内的设备大约在100~200台,21年的国产占有率很低,但是随着国产设备的发展,22年的国产设备开始批量出货,国产率得到一个较大的提升。涂层是 涂层为主,还有少量碳化坦涂层,国产占比率较高。

问:目前市场上 衬底应用的尺寸4寸还是6寸的多?一般晶体厚度多少?

答:现在6inch是主流,衬底厚度为350微米。

问:您好,气路上有些问题请教。

源温与气路温度常用的时多少度,气路上MFC也加热了吗?

答:鼓泡器的温度可以在室温附近。加热主要是加热输运饱和蒸气的管路,被进一步稀释后的管路,加温温度可以低一些。如果稀释到特别低的浓度,应该可以不加热。

问:请问我们的设备在厚膜外延上有什么独特的优势?在做mos和sbd的外延片上外延工艺有什么差异?

答:厚膜外延需要更高的生长速度来满足商业化量产效益需求,纳设设备在更宽的生长速度上均能满足较好的外延生长能力,得到较好的外延参数。

问:外延的Sic的晶体结构是哪种?工艺上能控制晶体结构么?

答:4H-SiC属于六方晶系,使用台阶流生长技术来保障4H-SiC的外延生长,工艺上使用的是约束碳硅比来使得4H-SiC的台阶流生长能够正常进行,从而只生长出4H-SiC而无其他多形体产生。

问:纳设后续开发有更大尺寸的吗?

答:有的。

问:钟博你好,请问贵司 外延炉一个腔室可以同时做几片外延?

答:一个腔室进行一片外延生长。

问:绝缘/半绝缘 8寸SiC 衬底以及外延国际研发进展如何,预计何时可量产,贵司对于8寸外延生产设备何时可量产?

答:目前8寸SiC 衬底市面上已经有了,就是良率各方面还有待提升,衬底有了外延估计也是较快的,纳设的8英寸外延设备预计下半年即可量产。

 

嘉宾专业解答

杨明豫

瑞能半导体科技股份有限公司 首席应用工程师

问:请教专家,目前贵司设备外延生长产量可以达到什么水平?与国外差异如何?请教专家,目前贵司设备外延生长产量可以达到什么水平?与国外差异如何?

答:在30微米每小时,差不多。在高速,我们有优势。

问:杨总您好,请教下如何看待SiC替代IGBT所带来的成本,可靠性,以及性能提升之间的矛盾?

答:目前SiC芯片成本是IGBT芯片的3-5倍,但是通过系统的整体设计,可以做到减少一些被动元器件,机构及散热元件的成本,所以从系统角度考虑,成本不会增加特别多。考虑到SiC损耗低,效率高,可以节省电池成本或者提高行驶里程。

问:Pin to pin是什么意思呀?

答:封装完全一致。

问:当前G2 MOSFET Ron,sp可以做到多少?雪崩耐量是否100%保证?HV-H3TRB、Dynamic gate stress试验结果如何?

答:约3mohm*cm2,UIS雪崩100%测试。目前通过了工规HTRB测试,车规正在进行,gate stress 通过内部Rg和Cgd/Cgs比例来调整,可以做到跟国外厂商没有差别。

问:想请问国产 mosfet预计几年后可以用于主驱逆变?全国产(衬底、外延、晶圆)MOSFET,几年后可以用于主驱逆变?

答:可能大范围应用还需要3-5年左右,国内晶圆生产能力还有待提升,器件及模块需要很长的验证测试时间。

问:国产8吋 离市场化还有多久?

答:5年时间吧。

问:一辆新能源汽车大约需要多少SiC器件?

答:主要用量在主驱动上,有一种说法,每两辆Tesla model 3会用掉一片6寸 晶圆。

问:杨博:能否点评一下,采用GaN与SiC两种非常类似的半导体材料做功率器件,若都应用于电动汽车的话,各有什么优势?预测未来哪种更有优势,谢谢!

答:SiC在电动汽车中的应用量级会远远高于GaN。高功率高电压的SiC器件工艺比GaN更成熟,驱动设计难度比GaN低一些,GaN的开关速度过快,可能会造成一些应用上的问题。相比于GaN,SiC的散热能力和短路能力也要更好一些。

问:您这边的MOS流片良率是多少?根据您的了解国内的平均水平在什么程度?

答:不同大小的die良率不一样,芯片越小良率越高。3mmx3mm 芯片可以达到99%

问:请教瑞能杨工, 主驱逆变这块的效率极限可以到多少?

答:一般20khz以下。

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