실리콘 카바이드(SiC) 모듈은 전기 자동차 파워트레인 시스템의 효율성을 향상시키는 데 중요한 것으로 간주됩니다. 실리콘 기반 장치에서 실리콘 카바이드 장치로의 중요한 전환은 전력 시스템의 전력 밀도를 높이는 동시에 크기, 무게 및 가장 중요한 전기 자동차 비용을 줄이는 데 크게 기여할 것입니다. 실리콘 기반 전력 반도체는 여전히 최적화되고 있지만 전도 및 스위칭 손실 측면에서 작동 한계에 도달했기 때문입니다. 실리콘 카바이드는 더 넓은 밴드갭(실리콘의 3.26eV에 비해 1.12eV)을 통해 이러한 손실을 줄이고 탁월한 고온 및 고주파 성능을 제공할 수 있습니다.

많은 SiC 칩 제조업체는 이미 150mm 실리콘 생산 라인을 SiC 제조로 전환했습니다. Veliadis는 "지금까지 매우 성공적인 접근 방식은 약 30천만 달러의 자본 투자로 성숙하고 완전히 감가상각된 실리콘 공장에서 실리콘 카바이드를 처리하여 엄청난 수익을 창출하는 것이었습니다."라고 말했습니다. 전력 모듈의 경우 비용이 특히 중요합니다. "실리콘 카바이드를 사용하면 반도체 칩 가격의 약 XNUMX배에 달하는 비용을 지불하게 되지만 전체 시스템 비용은 결국 실리콘 파워 모듈에 비해 낮아지게 되어 직관에 어긋납니다. 하지만 대답은 간단합니다. 효율적으로 작동하는 능력 고주파수에서는 자기 및 수동 부품의 부피를 크게 줄여 칩 제조 비용을 상쇄합니다."

그러나 이 업계에는 30천만 달러의 개조 비용을 감당할 수 있는 오래된 공장이 남아 있지 않습니다. 새로운 탄화규소 웨이퍼 공장이 빠르게 건설되고 있습니다. 반면 비웨이퍼 업체들은 생산능력 경쟁을 벌이고 있다.

보쉬 파워 반도체 및 모듈 부문 수석 부사장인 랄프 보르네펠트는 "자동차 시장과 재생에너지 시장이라는 두 개의 서로 경쟁하는 시장이 있으며, 두 시장 모두 생산 능력을 확대하려고 노력하고 있습니다."라고 말했습니다. "코로나19 팬데믹을 통해 경쟁 시장이 다른 시장을 마비시킬 수 있다는 것을 배웠습니다. 따라서 이 점을 고려해야 합니다." 보쉬는 현재 항복 전압이 1,200V인 XNUMX세대 SiC MOSFET 모듈을 생산하고 있습니다.

SiC 소자는 혹독한 환경에서 고온에서도 작동하여 높은 전력 밀도를 제공하므로 자동차에 특히 적합합니다. SiC 전력 소자는 매우 낮은 스위치 손실과 매우 낮은 RDSon(작동 시 소스와 드레인 간 저항)을 달성합니다. 더 낮은 RDSon은 MOSFET의 전력 손실 감소와 관련이 있습니다.

장치 기능은 SiC 재료에서 시작됩니다. "결정 품질은 지난 20년 동안 모든 플레이어가 해결해 온 핵심 요소였지만 20, 30 및 40을 제작하기 위해 설계해야 하는 결정에는 여전히 기저면 전위, 적층 결함 등이 있습니다. SOITEC Innovation의 수석 부사장인 Christophe Maleville은 이렇게 말했습니다. "XNUMX년 전 탄화규소 분야에 진출했을 때 우리가 처음으로 알아차린 것은 잉곳마다, 웨이퍼마다 가변성이 있다는 점이었습니다. 엔지니어는 일반적으로 이를 조정하고 검증해야 합니다. 따라서 제조에 구현하는 방법은 다음과 같습니다. 아직 마르지 않았어."

전기적 측면에서 전력 장치는 기생 인덕턴스, 스파크 및 기타 문제에 민감할 수 있습니다. 축소가 부족한 아날로그 혼합 신호 공장과 달리 매개변수가 주요 초점이며 전력 엔지니어는 변동을 처리해야 합니다.

DR Yield의 CEO인 Dieter Rathei는 "과거에는 (아날로그) 축소가 부족했습니다. 그러나 이제는 결함에 대한 성숙한 프로세스를 갖추고 있습니다."라고 말했습니다. "탄화규소, 질화갈륨, 비소화갈륨과 같은 화합물 반도체가 더욱 주류가 되고 더 빠르게 성장함에 따라 파라메트릭 수율 문제가 개선될 것입니다."