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

परिचय:

ऑटोमोटिव टर्मिनल बाजार में बढ़ती मांग और सिलिकॉन के साथ कीमत समानता से प्रेरित होकर, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) का उत्पादन तेजी से बढ़ रहा है।

इलेक्ट्रिक वाहनों में ऑन-बोर्ड चार्जिंग, ट्रैक्शन इन्वर्टर और डीसी-टू-डीसी रूपांतरण के लिए हज़ारों पावर सेमीकंडक्टर मॉड्यूल पहले ही इस्तेमाल किए जा चुके हैं। इनमें से ज़्यादातर मॉड्यूल वर्तमान में सिलिकॉन-आधारित आईजीबीटी का उपयोग करके बनाए जाते हैं। हालाँकि, SiC-आधारित MOSFETs की ओर बदलाव ने छोटे, हल्के पैकेजों में पावर घनत्व को दोगुना और स्विचिंग गति को तेज़ कर दिया है।

इलेक्ट्रिक वाहनों और चार्जिंग स्टेशनों के लिए उच्च वोल्टेज और गर्म एवं कठोर वातावरण में संचालन की आवश्यकताएँ लगातार बढ़ती जा रही हैं। हालाँकि, वाइड बैंडगैप सामग्रियों की उच्च निर्माण और पैकेजिंग लागत के कारण, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) को अपनी ठोस स्थिति बनाने में कुछ समय लगेगा। फिर भी, यह स्थिति बदल रही है। पावरअमेरिका के कार्यकारी निदेशक और मुख्य प्रौद्योगिकी अधिकारी विक्टर वेलियाडिस ने कहा कि SiC पावर मॉड्यूल की कीमतें अब सिलिकॉन-आधारित मॉड्यूल के बराबर हैं, जिससे आपूर्ति साझेदारी और नए SiC कारखानों के निर्माण को बढ़ावा मिलता है।

अभी भी बहुत काम किया जाना बाकी है. SiC वेफर प्रौद्योगिकी को उन्नत करने की आवश्यकता है। इन उपकरणों के निर्माण के लिए 20% नए प्रोसेस टूल और 80% बेहतर टूल की आवश्यकता होती है। हमारा लक्ष्य एकीकृत और असतत बिजली उपकरणों की टर्नओवर गति में तेजी लाना है, यही कारण है कि ऑटोमोटिव निर्माता फाउंड्री के साथ सीधे वेफर-टू-मॉड्यूल सहयोग की ओर रुख कर रहे हैं।

SiC और GaN पावर का बाज़ार और प्रौद्योगिकी

2030 तक, दुनिया 39 मिलियन शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहनों का उत्पादन करेगी, जो 22 से 2022 तक 2030% की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर के बराबर है। यह बदले में पावर सेमीकंडक्टर बाजार को संचालित करता है, जिसमें लगभग 50% सिलिकॉन डिवाइस, 35% शामिल हैं। 12 तक बाजार में सिलिकॉन कार्बाइड डिवाइस और 2030% गैलियम नाइट्राइड डिवाइस का उपयोग होने की उम्मीद है। इलेक्ट्रिक वाहनों में, ट्रैक्शन इनवर्टर आगे और पीछे की मोटरों को चलाने के लिए पावर प्रदान करने के लिए बैटरी पैक से डीसी पावर को एसी पावर में परिवर्तित करते हैं। SiC ऑन-बोर्ड और ऑफ-बोर्ड सिस्टम की चार्जिंग में भी तेजी ला सकता है और ग्रिड से बिजली को इलेक्ट्रिक वाहनों में ला सकता है।

सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि SiC मॉड्यूल 400V बैटरी से 800V बैटरी में संक्रमण की आधारशिला बनाते हैं। जब चार्जिंग गति तेज़ होती है, ड्राइविंग रेंज पर्याप्त होती है, और प्रति वाहन बैटरी पैक की लागत $10,000 से कम होती है, तो उपभोक्ता इलेक्ट्रिक वाहनों को अधिक तेज़ी से अपनाएंगे।

SiC मॉड्यूल एक महत्वपूर्ण बिंदु पर पहुंच रहे हैं जहां वे उच्च दक्षता और अधिक कॉम्पैक्ट सिस्टम प्राप्त करते हुए सिलिकॉन-आधारित बिजली समाधानों के साथ लागत-प्रतिस्पर्धी हैं। वर्तमान में उपयोग की जाने वाली 800V बैटरी (400V या 600V डिवाइस युक्त) से 650V बैटरी रेंज के विस्तार के साथ, 1,200V SiC उपकरणों के बड़े पैमाने पर उत्पादन को प्रोत्साहित किया जा रहा है। हालाँकि, आपूर्ति श्रृंखला में परिवर्तन जैसे उपज पर वेफर क्रिस्टल दोषों का प्रभाव, डिवाइस पैकेजिंग और मॉड्यूल एकीकरण में हानि, और कार निर्माताओं और बिजली प्रणाली निर्माताओं के बीच घनिष्ठ संबंध अभी भी जारी हैं। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, नई SiC वेफर और वेफर फैब क्षमता को बड़े पैमाने पर उत्पादन तक पहुंचने में कुछ समय लगेगा।

हालाँकि, इससे प्रौद्योगिकी के प्रति लोगों का उत्साह कम नहीं हुआ है। विश्लेषकों ने अपने SiC बाज़ार पूर्वानुमानों को बढ़ाना जारी रखा है। योल ग्रुप का अनुमान है कि पावर सेमीकंडक्टर बाजार 6.3 तक 2027 बिलियन डॉलर तक पहुंच जाएगा, जिसमें 70% ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए होगा। केवल SiC वेफर उत्पादन (SiC वेफर्स से शुरू) को देखते हुए, TECHCET 14 से 2022 तक 2027% की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर की भविष्यवाणी करता है।