Повышение рентабельности и производительности устройств из SiC с помощью технологии SmartSiC

Устройства питания из карбида кремния (SiC) обладают рядом преимуществ, которые делают их непобедимыми во многих областях применения электроники в технике сильных токов, включая электромобили, возобновляемые источники энергии и промышленное применение. Эти преимущества включают более высокую эффективность, снижение потерь, меньшие габариты, более высокую удельную мощность, более высокую скорость переключения, работу при более высоких температурах, меньшую паразитную емкость и более высокую надежность.

Повышение рентабельности и производительности устройств из SiC имеет важное значение для ускорения внедрения материала. В этих целях компании Resonance Corporation и Soitec недавно заключили соглашение о разработке 200-миллиметровых (8-дюймовых) пластин из карбида кремния по технологии SmartSiC с использованием подложек Resonac и процессов эпитаксиального наращивания кристаллов. Данное сотрудничество знаменует собой значительный прогресс во внедрении технологии Soitec по производству высокопроизводительного карбида кремния в Японии и на других мировых рынках.

В интервью Эммануэль Сабоннадьер, исполнительный вице-президент компании Soitec, занимающийся вопросами автомобилестроения и промышленности, рассказал о деталях этого партнерства и о том, как оно может способствовать широкому внедрению технологии SmartSiC.

Эммануэль Сабоннадьер, исполнительный вице-президент Soitec, занимающийся вопросами автомобилестроения и промышленности. Эммануэль, в частности, отвечает за стратегическую программу компании Soitec по карбиду кремния (SmartSiC).

Технология SmartSiC

Карбид кремния – это материал с широкой запрещенной зоной, обладающий значительными преимуществами по сравнению с традиционным кремнием, особенно в системах питания электромобилей. SiC обеспечивает более эффективное преобразование энергии, уменьшает размер и вес компонентов и снижает общую стоимость системы. Эти характеристики имеют решающее значение для повышения производительности и энергоэффективности электромобилей следующего поколения.

Пластины, созданные по технологии SmartSiC обеспечивают превосходную производительность устройства, более высокий выход продукции и снижение энергопотребления при изготовлении пластин, что [до 70%] ниже, чем при обычных методах производства устройств из SiC.

«Технология SmartSiC позволяет повторно использовать высококачественные пластины из SiC более 10 раз, что приводит к повышению рентабельности и экологичности производственных процессов. Это особенно важно для электромобилей и промышленного применения, например, для возобновляемых источников энергии и центров обработки данных для искусственного интеллекта», - отметил Сабоннадьер.

В рамках сотрудничества Soitec представит свою запатентованную технологию Smart Cut для производства «умных» пластин из SiC. Эти пластины состоят из высококачественной донорской пластины из монокристаллического SiC, скрепленной с поликристаллической обрабатываемой пластиной из SiC с высокой электропроводностью, в результате чего получается пластина нового поколения, предназначенная для улучшения характеристик устройства, увеличения производительности и снижения энергопотребления в процессе производства.

С другой стороны, компания Resonac, ранее известная как Showa Denko, будет поставлять высококачественные подложки из монокристаллического карбида кремния, а также технологии эпитаксиального наращивания кристаллов, которые необходимы для производства пластин из SiC, готовых к использованию в устройствах.

«Сотрудничая с Soitec, Resonac стремится повысить производительность и качество пластин из SiC диаметром 200 мм (8 дюймов) (рис. 1), тем самым диверсифицируя и укрепляя цепочку поставок технологий на основе карбида кремния», - сказал Сабоннадьер.

Как заявляет Сабоннадьер, целью партнерства является ускорение внедрения технологий на рынке электромобилей. Повышая доступность и производительность полупроводниковых пластин, такое сотрудничество будет способствовать разработке более эффективных, компактных и экономичных систем электропитания электромобилей, поддерживая более широкий переход к электротранспортным средствам.

Рис. 1: Плита 200 мм от Soitec

Подложки из SiC от Resonac отличаются превосходным качеством монокристаллов и точными процессами эпитаксии. По сравнению с другими подложками, они также выделяются более высокой чистотой, меньшим количеством дефектов и лучшим расположением кристаллов, что приводит к повышению производительности и надежности при использовании в полупроводниках. Эти высококачественные подложки имеют решающее значение для достижения оптимальной производительности в электронике больших мощностей и других передовых областях применения, что отличает их от альтернативных вариантов, представленных на рынке.

«Процесс SmartCut, на котором основана технология SmartSiC, обеспечивает превосходное качество и надежность склеивания. Soitec производит более двух миллионов кремниевых пластин в год по технологии, разработанной 30 лет назад. При применении ее к SiC, повышается выход и производительность за счет использования высококачественной донорской пластины из монокристаллов SiC, скрепленной с высокопроводящей поликристаллической обрабатываемой пластиной из SiC», - заявил Сабоннадьер.

Преимущества технологии SmartSiC

Снижение энергопотребления при производстве умных пластин из SiC способствует достижению целей Soitec и Resonac в области устойчивого развития за счет снижения воздействия производства на окружающую среду. Это сокращение не только уменьшает выбросы углекислого газа, связанные с производством, но и соответствует более широким корпоративным обязательствам в области энергоэффективности и снижения потребления ресурсов. Производя пластины с более низкими энергозатратами, обе компании вносят свой вклад в развитие более экологичных полупроводниковых технологий.

По словам Сабоннадьера, такая совместная работа повысит конкурентоспособность производителей электрооборудования, поскольку они получат доступ к высокопроизводительным и экономичным пластинам из SiC. Это может привести к повышению эффективности и снижению затрат на производство компонентов для электромобилей, тем самым предоставляя производителям конкурентные преимущества как с точки зрения характеристик продукции, так и с точки зрения ценообразования. Усовершенствованная технология производства устройств из SiC также может стимулировать инновации и способствовать разработке более совершенных и эффективных систем для электромобилей.

Он добавил: «Ожидается, что все более широкое внедрение пластин, произведенных по технологии SmartSiC снизит общие затраты на систему за счет повышения эффективности производственного процесса и увеличения выхода качественных пластин».

Новые достижения в области преобразования энергии и более компактная конструкция компонентов из SiC обеспечивают ряд положительных результатов для электромобилей будущего. К ним относятся увеличенный запас хода, снижение веса и габаритов автомобиля за счет использования более компактных деталей, а также общее повышение производительности и энергоэффективности. Такой прогресс может сделать электромобили более практичными, привлекательными и конкурентоспособными по стоимости.

Следующие шаги в развитии технологии SmartSiC

Что касается планов по расширению внедрения технологии SmartSiC на рынках за пределами Японии, Сабоннадьер отметил, что Soitec продолжает тесно сотрудничать с компанией STMicroelectronics как лидером и первопроходцем, а также с некоторыми конкурентами. Параллельно технологией SmartSiC разрешили заниматься немецкой компании Xfab.

«В целом, руководство Soitec привлекло к сотрудничеству более 35 компаний для внедрения технологии SmartSiC, которая очень полезна для сегмента электроники больших мощностей в полупроводниковой промышленности», - сказал Сабоннадьер.

Для поставок пластин из поликристаллического SiC с высокой электропроводностью в больших объемах компания Soitec уже квалифицировала нескольких производителей, таких как Myrcene или Tokai Carbon. Кроме того, в сентябре 2023 г. было открыто новое производство (рис. 2), которое в настоящее время расширяется в связи со спросом на технологию SmartSiC.

Рисунок 2. Вид на главный вход в комплекс Бернина, недалеко от Гренобля