Kendaraan hibrida memasuki era SiC

Teknologi Hibrida China Menggunakan Karbida Silikon untuk Menggerak Revolusi Efisiensi

Baru-baru ini, Wuling Motors secara resmi mengumumkan adopsi teknologi silikon karbida (SiC) di kendaraan hibrida.Chery Auto juga meluncurkan perkembangan baru yang berkaitan dengan sistem hibrida berbasis SiCPembuat mobil terkemuka Cina seperti Geely, Changan, BAIC, dan Hongqi juga telah melakukan investasi strategis di ruang hibrida silikon karbida.Aplikasi teknologi SiC telah menjadi sorotan utama.

Dalam sistem penggerak listrik, integrasi modul daya SiC “digabungkan dengan teknologi kemasan HPDmini ”menimbulkan peningkatan kepadatan daya sebesar 268%, peningkatan kapasitas output saat ini sebesar 70%,dan peningkatan 40% dalam efisiensi disipasi panas.

Selain itu, kecepatan motor sekarang dapat mencapai hingga 24.000 rpm, secara signifikan meningkatkan respon daya dan efisiensi energi.Pasar hibrida China saat ini mengalami gelombang evolusi teknologi yang berpusat di sekitar model SiC + Hybrid, dengan banyak produsen mobil dan pemasok Tier 1 mempercepat penyebaran mereka.

Apa Prospek Pasar Hibrida?

Semakin banyak kasus aplikasi menunjukkan bahwa peningkatan teknologi dan ekspansi skala besar di pasar hibrida China membentuk momentum sinergis.Menurut data industri terbaru, pada tahun 2024, basis terpasang sistem DHT (Dedicated Hybrid Transmission) di sektor kendaraan hibrida plug-in China mencapai 3,713 juta unit, naik 94,61% dari tahun ke tahun.Sistem hibrida yang mengadopsi arsitektur dual-motor menyumbang sebanyak 970,7%, yang mengkonfirmasi bahwa solusi dual-motor yang sangat efisien dan sangat terintegrasi telah menjadi pilihan utama.

Tren teknologi ini terkait erat dengan volume unit kontrol elektronik ganda yang dipasang, yang mencapai 3,628 juta set, peningkatan 91,99% dari tahun ke tahun.Hal ini menunjukkan bahwa produsen mobil telah membuat kemajuan yang signifikan dalam teknologi inti seperti power decoupling dan multi-mode driving. Menurut2025 White Paper on Silicon Carbide (SiC) Perangkat dan Modul Penelitian Industri, karena biaya perangkat SiC terus menurun, pasar hibrida diperkirakan akan memasuki fase pertumbuhan kedua antara tahun 2025 dan 2030.

Produk SiC yang umum digunakan dalam kendaraan listrik

1.SiC MOSFET (Silikon Karbida Metal-Oksida-Semikonduktor Field-Effect Transistor)

Aplikasi:

• Inverter drive utama (inverter traksi): Mengemudi motor dengan mengubah daya DC tegangan tinggi menjadi daya AC tiga fase.

• DC-DC converter: Menstabilkan tegangan baterai untuk sistem tegangan rendah.

• Pengisi daya on-board (OBC): Mengubah daya AC ke dalam DC untuk mengisi daya baterai.

Keuntungan:

• Frekuensi switching yang tinggi → Meningkatkan efisiensi sistem

• Mengurangi ukuran dan berat sistem secara keseluruhan

• Mengurangi persyaratan manajemen termal

2.SiC SBD (Silicon Carbide Schottky Barrier Diode)

Aplikasi:

• Digunakan secara luas dalam pengisi daya internal (OBC) dan konverter DC-DC

• Fungsi sebagai pengoreksi untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi kerugian pemulihan terbalik

Keuntungan:

• Waktu pemulihan terbalik nol → Cocok untuk beralih frekuensi tinggi

• Stabilitas termal yang sangat baik

3.Modul Daya SiC

Aplikasi:

• Mengintegrasikan beberapa komponen SiC (misalnya, MOSFETs + SBDs) ke dalam modul kompak

• Digunakan dalam sistem penggerak listrik, pengontrol motor, dan sistem tegangan tinggi

Keuntungan:

• Desain kompak yang cocok untuk kepadatan daya tinggi

• Kinerja manajemen termal dan penekanan EMI yang dioptimalkan

Substrat Karbida Silikon 6 inci dan 8 inci dan Wafer Epitaxial: Tulang belakang Perangkat Daya Generasi Berikutnya

Abstrak SiC sebagai bahan

Karbida silikon adalah semikonduktor bandgap lebar dengan bandgap 3,26 eV (untuk 4H-SiC), dibandingkan dengan 1,12 eV untuk silikon.

• Medan listrik kritis tinggi (~ 10 kali lebih tinggi dari silikon)

• Konduktivitas termal tinggi (~ 3 kali lebih tinggi dari silikon)

• Tegangan pemutusan tinggi

• Kecepatan jenuh elektron tinggi

SiC sangat cocok untuk aplikasi bertenaga tinggi, frekuensi tinggi, dan suhu tinggi.SiC dapat beroperasi pada tegangan dan suhu yang lebih tinggi sambil mengurangi kerugian energi, yang sangat penting untuk efisiensi konversi daya.

SiC Substrates: Dasar

Struktur Kristal dan Politipe

SiC ada dalam banyak politipe, tetapi 4H-SiC adalah bahan yang disukai untuk elektronik daya karena mobilitas elektron yang lebih tinggi dan bandgap yang luas.Substrat biasanya merupakan wafer monokristalin yang dipotong dari bola SiC bulk yang ditanam dengan metode transportasi uap fisik (PVT).

Produksi Substrat SiC

Proses produksi melibatkan:

1. Pertumbuhan KristalDengan menggunakan PVT atau metode Lely yang dimodifikasi, bubuk SiC kemurnian tinggi disublimasi dan dikristal ulang menjadi kristal benih di bawah suhu tinggi (~ 2000 °C) dan tekanan rendah.

2. Pemotongan Wafer′′ Bola yang sudah tumbuh dipotong dengan tepat menjadi wafer (2", 4", 6", atau 8").

3. Lapping & PolishingWafer digiling, dipotong, dan dipoles untuk mencapai permukaan yang sangat datar dengan cacat minimal.

4. PemeriksaanSubstrat diperiksa untuk dislokasi, mikropip, dislokasi bidang basal (BPD), dan cacat kristal lainnya.

Parameter Utama

• Diameter:2", 4", 6", dan muncul 8" (200 mm)

• Sudut di luar sumbu:4° khas untuk 4H-SiC untuk meningkatkan pertumbuhan epitaxial

• Permukaan akhir:CMP dipoles (epiready)

• Resistensi:Konduktif atau semi-insulatif, tergantung pada doping (tipe N, tipe P, atau intrinsik)

SiC Epitaxial Wafers: Memungkinkan Desain Perangkat

Apa Itu Wafer Epitaxial?

Sebuahwafer epitaksiaTerdiri dari lapisan SiC tipis yang ditopang tumbuh pada substrat SiC yang dipoles. Lapisan epitaxial dirancang dengan profil listrik dan ketebalan khusus untuk memenuhi persyaratan yang tepat dari perangkat daya.

Teknik Pertumbuhan Epitaxial

Teknik yang paling umum adalahPengendapan Uap Kimia (CVD)Hal ini memungkinkan kontrol yang tepat atas:

• Ketebalan lapisan(biasanya beberapa hingga puluhan mikrometer)

• Konsentrasi doping(dari 1015 sampai 1019 cm−3)

• Keseragamandi area wafer besar

Gas seperti silane (SiH4) dan propana (C3H8) digunakan sebagai prekursor, bersama dengan nitrogen untuk doping tipe n atau aluminium untuk doping tipe p.

Desain Berorientasi Aplikasi

• MOSFET:Membutuhkan lapisan drift yang rendah doping (515 μm) untuk tegangan pemblokiran tinggi

• SBD:Membutuhkan lapisan epitaxial yang lebih dangkal dengan doping terkontrol untuk penurunan tegangan maju yang rendah

• JFET/IGBT:Struktur lapisan yang disesuaikan untuk perilaku on-resistance dan switching tertentu

Keuntungan dari SiC Substrat & Epilayers

Keuntungan ini secara langsung berkontribusi pada pengurangan ukuran, berat, dan biaya sistem konversi daya di EV, pengisi daya, inverter surya, dan drive industri.

Tantangan dan Tren Industri

Tantangan

• Pengendalian cacat:Dislokasi bidang basal (BPD), mikropip, dan kesalahan tumpukan mempengaruhi hasil perangkat.

• Biaya Wafer:Substrat SiC jauh lebih mahal daripada Si, karena waktu pertumbuhan, hasil, dan kompleksitas.

• Skalabilitas:Wafer 6 inci adalah arus utama, tetapi produksi wafer 8 inci masih dalam tahap R&D dan pilot.

Tren

• Migrasi ke wafer 8 inciuntuk mengurangi biaya per chip

• Kualitas substrat yang lebih baikmelalui teknik pengurangan cacat

• Integrasi vertikaloleh produsen untuk mengontrol seluruh rantai nilai dari substrat ke perangkat yang dikemas

• Pertumbuhan permintaan yang cepatdidorong oleh pasar mobil (EV) dan energi terbarukan

Kesimpulan

Substrat silikon karbida dan wafer epitaxial merupakan inti dari generasi berikutnya power electronics. sifat material superior mereka membuat mereka sangat diperlukan dalam efisiensi tinggi,aplikasi keandalan tinggiSaat dunia beralih ke elektrifikasi dan netralitas karbon, permintaan untuk wafer SiC akan terus meningkat, mendorong inovasi dan ekspansi kapasitas di seluruh industri.

Apakah Anda produsen perangkat semikonduktor, pengembang EV, atau integrator sistem listrik,Memahami dan memilih substrat SiC yang tepat dan epilayers adalah langkah penting untuk mencapai kinerja dan kesuksesan komersial.