पावर सेमीकंडक्टर ने SiC के युग की शुरुआत की (भाग दो)

इलेक्ट्रिक वाहन पावरट्रेन सिस्टम की दक्षता में सुधार के लिए सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) मॉड्यूल को महत्वपूर्ण माना जाता है। सिलिकॉन-आधारित उपकरणों से सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों में महत्वपूर्ण बदलाव इलेक्ट्रिक वाहनों के आकार, वजन और सबसे महत्वपूर्ण रूप से लागत को कम करते हुए बिजली प्रणालियों में बिजली घनत्व को बढ़ाने में काफी योगदान देगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि यद्यपि सिलिकॉन-आधारित बिजली अर्धचालकों को अभी भी अनुकूलित किया जा रहा है, वे चालन और स्विचिंग हानि के मामले में अपनी परिचालन सीमा तक पहुंच गए हैं। सिलिकॉन कार्बाइड, अपने व्यापक बैंडगैप (सिलिकॉन के 3.26eV की तुलना में 1.12eV) के साथ, ऐसे नुकसान को कम कर सकता है और उत्कृष्ट उच्च तापमान और उच्च आवृत्ति प्रदर्शन प्रदान कर सकता है।

कई SiC चिप निर्माताओं ने पहले ही अपनी 150 मिमी सिलिकॉन उत्पादन लाइनों को SiC विनिर्माण में बदल दिया है। वेलियाडिस ने कहा, "अब तक का अत्यधिक सफल दृष्टिकोण परिपक्व, पूरी तरह से मूल्यह्रासित सिलिकॉन कारखानों में सिलिकॉन कार्बाइड का प्रसंस्करण करना रहा है, जिसमें लगभग 30 मिलियन डॉलर का पूंजी निवेश होता है, जिससे जबरदस्त रिटर्न मिलता है।" पावर मॉड्यूल के लिए लागत विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। "सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग करके, आप सेमीकंडक्टर चिप्स के लिए लगभग तीन गुना लागत का भुगतान करेंगे, लेकिन समग्र सिस्टम लागत सिलिकॉन पावर मॉड्यूल की तुलना में कम हो जाती है, जो अंतर्ज्ञान के विरुद्ध जाती है। लेकिन उत्तर सरल है। कुशलता से काम करने की क्षमता उच्च आवृत्तियों पर चुंबकीय और निष्क्रिय घटकों की मात्रा काफी कम हो जाती है, जिससे चिप निर्माण की उच्च लागत की भरपाई हो जाती है।"

हालाँकि, ऐसी कोई पुरानी फ़ैक्टरियाँ नहीं बची हैं जो इस उद्योग में $30 मिलियन का नवीनीकरण कर सकें। नए सिलिकॉन कार्बाइड वेफर कारखाने तेजी से निर्माणाधीन हैं। इस बीच, गैर-वेफर कंपनियां क्षमता के लिए प्रतिस्पर्धा कर रही हैं।

बॉश पावर सेमीकंडक्टर्स एंड मॉड्यूल्स के वरिष्ठ उपाध्यक्ष राल्फ बोर्नफेल्ड ने कहा, "हमारे दो परस्पर प्रतिस्पर्धी बाजार हैं—ऑटोमोटिव बाजार और नवीकरणीय ऊर्जा बाजार, दोनों ही क्षमता की तलाश में हैं।" उन्होंने आगे कहा, "हमने कोविड-19 महामारी से सीखा है कि एक प्रतिस्पर्धी बाजार दूसरे बाजार को बंद कर सकता है, इसलिए हमें इसे ध्यान में रखना होगा।" बॉश वर्तमान में 1,200V के ब्रेकडाउन वोल्टेज वाले तीसरी पीढ़ी के SiC MOSFET मॉड्यूल का उत्पादन कर रहा है।

SiC उपकरण विशेष रूप से ऑटोमोबाइल के लिए उपयुक्त हैं क्योंकि ये कठोर वातावरण में उच्च तापमान पर काम कर सकते हैं और उच्च शक्ति घनत्व प्रदान करते हैं। SiC पावर उपकरण अत्यंत कम स्विच हानियाँ और अत्यंत कम RDSon (संचालन के दौरान स्रोत और ड्रेन के बीच प्रतिरोध) प्राप्त करते हैं। कम RDSon, MOSFETs में कम शक्ति हानियों से संबंधित है।

डिवाइस की क्षमता SiC सामग्रियों से शुरू होती है। "क्रिस्टल की गुणवत्ता प्रमुख कारक रही है जिसे सभी खिलाड़ी पिछले 20 वर्षों से संबोधित कर रहे हैं, लेकिन क्रिस्टल में अभी भी बेसल प्लेन डिस्लोकेशन, स्टैकिंग दोष आदि हैं, जिन्हें 20, 30 और बनाने के लिए डिज़ाइन करने की आवश्यकता है। 40 वर्ग मिलीमीटर डिवाइस, "SOITEC इनोवेशन के वरिष्ठ उपाध्यक्ष क्रिस्टोफ़ मालेविले ने कहा। "जब हमने चार साल पहले सिलिकॉन कार्बाइड क्षेत्र में प्रवेश किया था, तो हमने सबसे पहले जो देखा वह यह था कि एक पिंड से दूसरे पिंड और एक वेफर से दूसरे वेफर में परिवर्तनशीलता थी, जिसे इंजीनियरों को आमतौर पर एपिटेक्सी के साथ समायोजित और मान्य करने की आवश्यकता होती है। इसलिए, विनिर्माण में इसका कार्यान्वयन अभी दुबला नहीं हुआ है।”

विद्युत पहलुओं के संदर्भ में, बिजली उपकरण परजीवी प्रेरण, स्पार्किंग और अन्य चुनौतियों के प्रति संवेदनशील हो सकते हैं। एनालॉग मिश्रित-सिग्नल कारखानों के विपरीत, जहां सिकुड़न की कमी है, पैरामीटर प्राथमिक फोकस हैं, और बिजली इंजीनियरों को विविधताओं से निपटने की आवश्यकता है।

डीआर यील्ड के सीईओ डाइटर राथेई ने कहा, "अतीत में, (एनालॉग) में सिकुड़न की कमी थी। लेकिन अब उनके पास दोषों के लिए परिपक्व प्रक्रियाएं हैं।" "जैसे-जैसे सिलिकॉन कार्बाइड, गैलियम नाइट्राइड और गैलियम आर्सेनाइड जैसे यौगिक अर्धचालक अधिक मुख्यधारा बन जाते हैं और तेजी से बढ़ते हैं, पैरामीट्रिक उपज के मुद्दों में सुधार होगा।"