السيارات الهجينة تدخل حقبة SiC

تكنولوجيا الصين الهجينة تستفيد من كاربيد السيليكون لدفع ثورة الكفاءة

في الآونة الأخيرة، أعلنت شركة وولينغ موتورز رسمياً عن اعتماد تكنولوجيا كربيد السيليكون في سياراتها الهجينة.كما كشفت شركة "شيري أوتو" عن تطورات جديدة تتعلق بالنظم الهجينة القائمة على "سي سي"وقد قامت شركات صناعة السيارات الصينية الرائدة مثل جيلي، تشانغن، BAIC، وهونغ تشي أيضاً باستثمارات استراتيجية في مجال الكربيد السيليكوني الهجين.أصبح تطبيق تكنولوجيا SiC من أبرز.

في أنظمة المحركات الكهربائية، أدى دمج وحدات طاقة SiC ‬مع تكنولوجيا HPDmini Packaging ‬ إلى زيادة في كثافة الطاقة بنسبة 268٪، وتحسن بنسبة 70٪ في القدرة الحالية على الإنتاج،و 40% زيادة في كفاءة تبديد الحرارة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تصل سرعات المحرك الآن إلى 24000 دورة في الدقيقة، مما يحسن بشكل كبير استجابة الطاقة وكفاءة استخدام الطاقة.سوق الصين الهجينة تواجه الآن موجة من التطور التكنولوجي يركز حول نموذج "SiC + Hybrid"، مع العديد من شركات صناعة السيارات والموردين من المستوى الأول تسريع عمليات النشر.

ما هي آفاق السوق الهجينة؟

عدد متزايد من حالات التطبيق يشير إلى أن التحديثات التكنولوجية والتوسع على نطاق واسع في سوق الهجينة الصينية تشكل زخمًا متكافئًا.وفقًا لأحدث بيانات الصناعة، في عام 2024، وصلت القاعدة المثبتة لنظم DHT (Dedicated Hybrid Transmission) في قطاع المركبات الهجينة القابلة للشحن في الصين إلى 3.713 مليون وحدة، بزيادة 94.61٪ على أساس سنوي.تمثل الأنظمة الهجينة التي تتبنى بنية محركين ما يصل إلى 97٪.7٪، مما يؤكد أن الحلول ذات المحركين المتكاملة عالية الكفاءة أصبحت الخيار الرئيسي.

ويرتبط هذا التوجه التكنولوجي ارتباطا وثيقا بحجم وحدات التحكم الإلكترونية المزدوجة التي تم تركيبها، والتي بلغت 3.628 مليون مجموعة، بزيادة سنوية بنسبة 91.99٪.إنه يوضح أن شركات صناعة السيارات قد أحرزت تقدماً كبيراً في التقنيات الأساسية مثل فصل الطاقة والقيادة متعددة الأوضاعوفقًا2025 الكتاب الأبيض حول الأجهزة والوحدات الكربيد السيليكونية (SiC) البحوث الصناعية، مع استمرار انخفاض تكلفة أجهزة SiC ، من المتوقع أن يدخل السوق الهجينة مرحلة نمو ثانية بين عامي 2025 و 2030.

المنتجات المستخدمة عادة في المركبات الكهربائية

1.SiC MOSFET (ترانزستور الكربيد السيليكوني المعدني أكسيد نصف الموصل)

التطبيقات:

• عاكس المحرك الرئيسي (عاكس الجاذبية): يدفع المحرك عن طريق تحويل طاقة التيار المشترك عالية الجهد إلى طاقة التيار المتردد ثلاثية المراحل.

• محول DC-DC: يثبت فولتاج البطارية لتشغيل أنظمة الجهد المنخفض.

• شاحن على متن الطائرة (OBC): يحول طاقة الشبكة التيار المتردد إلى طاقة مترددة لشحن البطارية.

المزايا:

• تردد التبديل العالي → يحسن من كفاءة النظام

• يقلل من حجم النظام الكلي ووزنه

• خفض متطلبات إدارة الحرارة

2.SiC SBD (ديود حاجز سكوتكي كربيد السيليكون)

التطبيقات:

• تستخدم على نطاق واسع في الشواحن الداخلية (OBC) ومحولات DC-DC

• وظائف كمصلح لتحسين الكفاءة وتقليل خسائر الاسترداد العكسي

المزايا:

• صفر وقت استعادة عكسية → مناسبة للتبديل عالية التردد

• استقرار حراري ممتاز

3.وحدات طاقة SiC

التطبيقات:

• يدمج مكونات SiC متعددة (مثل MOSFETs + SBDs) في وحدة مضغوطة

• تستخدم في أنظمة القيادة الكهربائية، ومراقبي المحركات، وأنظمة الجهد العالي

المزايا:

• تصميم مضغوط مناسب للكثافة العالية للطاقة

• إدارة حرارية محسنة وأداء قمع EMI

6 بوصات و 8 بوصات سوبسترات كاربيد السيليكون و رقائق البصرية: العمود الفقري لأجهزة الطاقة من الجيل القادم

ملخص الـ SiC كمادة

كربيد السيليكون هو أشباه الموصلات ذات الفجوة العريضة مع فجوة 3.26 eV (لـ 4H-SiC) ، مقارنة بـ 1.12 eV للسيليكون. كما يمتلك:

• مجال كهربائي حرج عالي (~ 10 مرات أعلى من السيليكون)

• موصلة حرارية عالية (~ 3 مرات أعلى من السيليكون)

• الجهد العالي للانقطاع

• سرعة تشبع الكترونات العالية

هذه الخصائص تجعل السيليكون مناسب بشكل خاص لتطبيقات عالية الطاقة، عالية التردد، ودرجة حرارة عالية.يمكن لـ SiC أن تعمل في فولتات ودرجات حرارة أعلى مع تقليل خسائر الطاقة، وهو أمر بالغ الأهمية لتحويل الكفاءة الطاقة.

أساسات سي سي سي: الأساس

هيكل الكريستال والأنماط المتعددة

يوجد SiC في العديد من الأنواع المتعددة ، ولكن 4H-SiC هو المادة المفضلة لإلكترونيات الطاقة بسبب تحركها الإلكتروني الأعلى وفجوة النطاق العريضة.الركيزة عادة ما تكون رقاقة أحادية البلورية مقطعة من كرة SiC السائبة المزروعة بواسطة طرق نقل البخار الفيزيائي (PVT).

إنتاج قواليب SiC

عملية الإنتاج تشمل:

1. نمو البلوراتيستخدم PVT أو طرق Lely المعدلة ، يتم تحسين مسحوق SiC عالي النقاء وإعادة التبلور على بلور البذور تحت درجة حرارة عالية (~ 2000 درجة مئوية) وضغط منخفض.

2. قطع الوافراتتقطيع الكرة النامية بدقة إلى رقائق (2"، 4"، 6" أو 8").

3. التصفيف واللمعيتم طحن وملح وملح لتحقيق أسطح مسطحة للغاية مع أدنى قدر من العيوب.

4. التفتيشيتم فحص الأساسيات بحثًا عن الانحرافات والأنابيب الدقيقة وانحرافات المستوى الأساسي وغيرها من العيوب البلورية.

المعايير الرئيسية

• قطر:2 "، 4"، 6 "، وظهور 8 " (200 مم)

• زاوية خارج المحور:4 درجة نموذجية لـ 4H-SiC لتحسين النمو البيتاكسي

• التشطيب السطحي:CMP مطلي (epiready)

• المقاومة:موصل أو شبه معزول ، اعتمادا على الدوبينج (النوع N ، النوع P ، أو الجوهري)

رقائق SiC Epitaxial: تمكين تصميم الجهاز

ما هو القرطاس القرطاسي؟

ورقائق الشوكيةتتكون من طبقة رقيقة من SiC المزودة بالمواد المستخدمة في التربة الملمعة من SiC. تم تصميم الطبقة البصرية مع ملفات تعريف كهربائية وسمكية محددة لتلبية المتطلبات الدقيقة لأجهزة الطاقة.

تقنيات النمو القصبي

التقنية الأكثر شيوعًا هيترسب البخار الكيميائي (CVD)يسمح بالسيطرة الدقيقة على:

• سمك الطبقة(عادة ما تكون من بضعة إلى عشرات الميكرومترات)

• تركيز المنشطات(من 1015 إلى 1019 سم−3)

• التوحيدعبر مساحات واسعة من الوافرات

يتم استخدام غازات مثل السيلان (SiH4) والبروبان (C3H8) كمسبقات ، جنبا إلى جنب مع النيتروجين للدوبينج من النوع n أو الألومنيوم للدوبينج من النوع p.

التصميم الموجه نحو التطبيق

• الـ MOSFET:تتطلب طبقات الانجراف منخفضة الدوبينج (515 μm) لجهد الحجب العالي

• الـ SBDs:تتطلب طبقات سطحية ضخمة مع مكافحة المراقبة لخفض الجهد الأمامي المنخفض

• JFETs/IGBTs:هياكل طبقة مخصصة لسلوك مقاومة وتحويل محدد

مزايا سوبسترات SiC و Epilayers

هذه المزايا تساهم بشكل مباشر في تقليل الحجم والوزن وتكلفة أنظمة تحويل الطاقة في المركبات الكهربائية والشواحن والمحولات الشمسية والمحركات الصناعية.

التحديات واتجاهات الصناعة

التحديات

• مراقبة العيوب:يؤثر خلع الطائرة الأساسية (BPDs) ، والأنابيب الصغيرة ، وأخطاء التراص على إنتاجية الجهاز.

• تكلفة الوافر:الرواسب SiC أكثر تكلفة بكثير من Si ، بسبب وقت النمو والإنتاجية والتعقيد.

• قابلية التوسع:والوافير 6 بوصات هي السلسلة الرئيسية، ولكن إنتاج الوافير 8 بوصات لا يزال في مرحلة البحث والتطوير والخطوط التجريبية.

الاتجاهات

• الانتقال إلى رقائق 8 بوصاتلتقليل التكلفة لكل شريحة

• تحسين جودة الركيزةمن خلال تقنيات الحد من العيوب

• الاندماج الرأسيمن قبل الشركات المصنعة للسيطرة على سلسلة القيمة الكاملة من الركيزة إلى الجهاز المعبأ

• نمو سريع في الطلبمدفوعة بأسواق السيارات والطاقة المتجددة

الاستنتاج

أساسيات الكربيد السيليكونية والوافلات البطاطية تمثل جوهر الجيل القادم من الإلكترونيات القوية خصائصها المادية المتفوقة تجعلها لا غنى عنهاتطبيقات عالية الموثوقيةمع تحول العالم نحو الكهرباء والحياد الكربوني، سيستمر الطلب على رقائق SiC في الارتفاع، مما يدفع إلى الابتكار وتوسيع القدرات في جميع أنحاء الصناعة.

سواء كنت مصنعاً لأجهزة أشباه الموصلات أو مطور لسيارات كهربائية أو متكامل لنظام الطاقةفهم واختيار الأساسات المناسبة لـ SiC و أدوات التشريح هي خطوة حاسمة نحو تحقيق الأداء والنجاح التجاري.