ハイブリッド車両はSiC時代に入ります

中国のハイブリッド技術が 効率革命を推進するために シリコンカービッドを活用

最近,ウーリング・モーターズは 公式にハイブリッド車にシリコンカービッド (SiC) 技術を導入すると発表しました.チェリー・オートも,シリコン酸塩ベースのハイブリッドシステムに関する新しい開発を発表しました中国の大手自動車メーカーであるギリー,チャンガン,BAIC,ホンキーは シリコンカービッドハイブリッド分野にも戦略的投資を行っていますSiC技術の応用が 主要な注目点となりました.

電気駆動システムでは,SiC電源モジュールの統合とHPDminiパッケージング技術が組み合わせられ,電源密度が268%増加し,現在の出力能力が70%向上しました.熱消耗効率が40%向上しました.

さらに,モーターの速度は 24,000 rpm に達し,電力の反応とエネルギー効率を大幅に向上させることができます.中国におけるハイブリッド市場は,現在, SiC + Hybrid モデルを中心とした技術進化の波を経験しています.多くの自動車メーカーとTier 1サプライヤーが導入を加速している.

ハイブリッド 市場 の 見通し は どんな もの です か

中国におけるハイブリッド市場の技術向上と大規模拡大が相乗効果の勢いを形成していることを示唆するアプリケーションケースが増加している.最新の業界データによると中国におけるプラグインハイブリッド車両部門におけるDHT (専用ハイブリッドトランスミッション) システムの設置台数は,年間94.61%増加した37億1300万台に達した.バイモーター構造を採用したハイブリッドシステムは,高効率で高度に統合された二基モーターソリューションが主流の選択肢になっていることを確認しています

この技術動向は,2つの電子制御ユニットの設置量と密接に関連しており,同比91.99%増加した36億2800万個に達しました.自動車メーカーは,パワー・デコップリングやマルチモード・ドライビングなどのコア・テクノロジーで 重要な進歩を遂げていることを示しています......2025年 シリコンカービッド (SiC) デバイスとモジュール産業に関するホワイトブックSiCデバイスのコストが低下し続けるため,ハイブリッド市場は2025年から2030年の間に第二の成長段階に入ると予想されます.

電気自動車における一般的に使用されるSiC製品

1.SiC MOSFET (シリコンカービッド金属酸化半導体フィールド効果トランジスタ)

応用:

• メインドライブインバーター (トラクションインバーター): 高電圧DC電力を三相交流電源に変換してモーターを駆動する.

• DC-DCコンバーター:低電圧システムに電力を供給するために電池電圧を安定させます.

• オンボード充電器 (OBC): 電池充電のためにAC電力をDC電源に変換する.

利点:

• 高回転頻度 → システムの効率を向上させる

• システム全体のサイズと重量を減らす

• 熱管理の要件を低下させる

2.SiC SBD (シリコンカービッド・ショットキーバリアダイオード)

応用:

• 搭載充電器 (OBC) や DC-DC変換器に広く使用されている

• 効率を向上させ,逆回収損失を減らすための直線器としての機能

利点:

• 逆復旧時間ゼロ → 高周波スイッチに適している

• 優れた熱安定性

3.SiC電源モジュール

応用:

• 複数のSiCコンポーネント (例えば,MOSFETs + SBDs) をコンパクトなモジュールに統合する

• 電動駆動システム,モーターコントローラ,高電圧システムで使用される

利点:

• 高電力密度に適したコンパクトな設計

• 熱管理とEMI抑制の最適化

6インチと8インチのシリコンカービッド基板とエピタキシアル・ウェーバー:次世代の電力装置の骨組み

材料としてのSiCの概要

シリコンカービッドは,帯域の幅が3.26 eV (4H-SiC) と1.12 eVのシリコンの帯域の幅が3.26 eVの半導体である.また,以下の性質を有する:

• 高臨界電場 (シリコンより10倍高い)

• 高熱伝導性 (シリコンより約3倍高い)

• 高断熱電圧

• 高電子飽和速度

この特性により SiC は高電力,高周波,高温の用途に適していますSiC は エネルギー 損失 を 削減 する 際 に より 高 の 電圧 や 温度 で 動作 する電力変換効率に不可欠です

SiC基板: 基礎

水晶構造とポリタイプ

SiCは多くのポリタイプで存在しているが,4H-SiCは,より高い電子移動性と広い帯域差があるため,パワー電子の好みの材料である.基質は,通常,物理蒸気輸送 (PVT) 方法によって栽培された大量 SiC ボールから切断された単結晶のウエファーである..

SiC基板の生産

生産プロセスには以下の要素が含まれます.

1. 結晶 の 成長PVTまたは改変されたレリー方法を使用して,高純度SiC粉末は高温 (~2000°C) と低圧下でシード結晶に浸透し再結晶されます.

2. ワッフル切断熟成したボールは,精密に切り取られ (2",4",6",または8") ワッフルになります.

3. ラッピング & ポーリングワッファー は 粉砕 さ れ,ラップ さ れ,磨き上げ られ,最小 の 欠陥 を 伴っ て 超 平ら な 表面 を 得る.

4. 検査基質は,外転,マイクロパイプ,基礎平面外転 (BPD) および他の結晶欠陥の検査が行われます.

主要なパラメータ

• 直径:2" 4" 6" そして8" (200mm)

• 軸外角:4°は4H-SiCが表頭部成長を改善する典型的

• 表面塗装:CMP 磨き (エピレディ)

• 抵抗性:伝導性または半絶縁性,ドーピング (N型,P型,内在型) に応じて

SiC エピタキシアル・ウェーバー: デバイス設計を可能にする

エピタキシャル ウェーファー は 何 です か

そしてエピタキシャル・ウエーファーポリッシュされたSiC基板の上に生長した薄いドーピングされたSiC層で構成される.上軸層は,電源装置の正確な要求を満たすために特定の電気と厚さプロファイルで設計されています.

エピタキシャル 成長 技術

最も一般的な技術は化学蒸気堆積 (CVD)精密な制御を可能にします.

• 層厚さ(通常は数から数十マイクロメートル)

• ドーピング濃度(1015から1019cm−3)

• 統一性大幅なウエファー領域に

シラン (SiH4) やプロパン (C3H8) のようなガスは,n型ドーピング用窒素やp型ドーピング用アルミニウムとともに前駆物として使用されます.

応用型設計

• MOSFET:低ドーピングドリフト層 (515 μm) を要求する

• SBDs:低前向き電圧下降のために制御ドーピングを伴う浅い上軸層を必要とします

• JFET/IGBT:特定のオン抵抗と切り替え行動のためのカスタマイズされた層構造

SiC サブストラットとエピレイヤーの利点

これらの利点は,電気自動車,充電器,太陽光インバーター,工業駆動装置の電力変換システムのサイズ,重量,コストの削減に直接貢献しています.

課題 と 産業 の 傾向

課題

• 欠陥対策:基礎平面変位 (BPDs),マイクロパイプ,および積み重ねの欠陥は,デバイスの出力に影響を与える.

• ワッフルコスト:SiC基質は,成長時間,生産量,複雑性により,Siよりもはるかに高価です.

• 拡張性:6インチのウエファは主流だが,8インチのウエファの生産は研究開発とパイロット段階にある.

トレンド

• 8インチワッフルへの移行チップ1枚あたりのコストを削減するために

• 基質の質の向上欠陥削減技術によって

• 垂直統合製造者によって,基板から包装装置までの完全な価値連鎖を制御する

• 需要の急速な増加自動車 (EV) と再生可能エネルギー市場によって動かされる

結論

シリコンカービッド基板とエピタキシアル・ウェーバーは 次世代のパワーエレクトロニクスの核心です 優れた材料特性により 高効率で不可欠です高信頼性のアプリケーション世界が電気化とカーボンニュートラル化へと移行するにつれて SiCウエフルの需要は増加し続け 業界全体でイノベーションと能力拡大を推進します

半導体装置の製造者であれ 電気自動車の開発者であれ 電力システムの統合者であれ適切なSiC基板とエピレイヤーを理解し選択することは 性能と商業的成功を達成するための重要なステップです.