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La technologie hybride chinoise tire parti du carbure de silicium pour conduire une révolution de l'efficacité

Récemment, Wuling Motors a officiellement annoncé l'adoption de la technologie du carbure de silicium (SiC) dans ses véhicules hybrides.Chery Auto a également dévoilé de nouveaux développements liés aux systèmes hybrides à base de SiCLes principaux constructeurs automobiles chinois tels que Geely, Changan, BAIC et Hongqi ont également fait des investissements stratégiques dans l'espace hybride en carbure de silicium.L'application de la technologie SiC est devenue un élément majeur.

Dans les systèmes d'entraînement électrique, l'intégration de modules d'alimentation en SiC combinés à la technologie d'emballage HPDmini a entraîné une augmentation de 268% de la densité de puissance, une amélioration de 70% de la capacité de sortie actuelle,et une amélioration de 40% de l'efficacité de la dissipation de chaleur.

En outre, les vitesses du moteur peuvent maintenant atteindre jusqu'à 24 000 tr/min, ce qui améliore considérablement la réponse énergétique et l'efficacité énergétique.Le marché hybride de la Chine connaît actuellement une vague d'évolution technologique centrée sur le modèle SiC + Hybrid, avec de nombreux constructeurs automobiles et fournisseurs de niveau 1 qui accélèrent leur déploiement.

Quelles sont les perspectives pour le marché hybride?

Un nombre croissant de cas d'application indiquent que les améliorations technologiques et l'expansion à grande échelle du marché hybride chinois créent une dynamique synergique.Selon les dernières données de l'industrieEn 2024, la base installée de systèmes DHT (Dedicated Hybrid Transmission) dans le secteur des véhicules hybrides rechargeables en Chine a atteint 3,713 millions d'unités, en hausse de 94,61% sur un an.Les systèmes hybrides adoptant une architecture à double moteur représentaient jusqu'à 970,7%, ce qui confirme que les solutions à double moteur hautement efficaces et hautement intégrées sont devenues le choix courant.

Cette évolution technologique est étroitement liée au volume installé de doubles unités de commande électronique, qui a atteint 3,628 millions d'unités, soit une augmentation de 91,99% par rapport à l'année précédente.Il démontre que les constructeurs automobiles ont réalisé des progrès significatifs dans les technologies de base telles que le découplage de puissance et la conduite en plusieurs modes.. selon le2025 Livre blanc sur les dispositifs et modules au carbure de silicium (SiC), alors que le coût des dispositifs SiC continue de baisser, le marché hybride devrait entrer dans une deuxième phase de croissance entre 2025 et 2030.

Produits à base de SiC couramment utilisés dans les véhicules électriques

1.SiC MOSFET (transistor à effet de champ à semi-conducteurs à oxyde de carbure de silicium)

Applications:

• Invertisseur d'entraînement principal (invertisseur de traction): entraîne le moteur en convertissant l'alimentation en courant continu haute tension en alimentation en courant alternatif triphasé.

• Convertisseur CC-DC: stabilise la tension de la batterie pour alimenter les systèmes basse tension.

• Chargeur embarqué (OBC): convertit l'alimentation du réseau CA en courant continu pour la recharge de la batterie.

Les avantages:

• Haute fréquence de commutation → Améliore l'efficacité du système

• Réduit la taille et le poids globaux du système

• Réduit les exigences de gestion thermique

2.SiC SBD (diode de barrière au carbure de silicium Schottky)

Applications:

• Largement utilisé dans les chargeurs embarqués (OBC) et les convertisseurs CC-CC

• Fonctions de redresseur pour améliorer l'efficacité et réduire les pertes de récupération inverse

Les avantages:

• Temps de récupération inverse nul → Convient pour la commutation à haute fréquence

• Excellente stabilité thermique

3.Modules d'alimentation en SiC

Applications:

• Intégre plusieurs composants SiC (par exemple, MOSFET + SBD) dans un module compact

• Utilisé dans les systèmes d'entraînement électrique, les contrôleurs de moteur et les systèmes haute tension

Les avantages:

• Conception compacte adaptée à une forte densité de puissance

• Optimisation de la gestion thermique et des performances de suppression des EMI

Substrats de carbure de silicium de 6 et 8 pouces et plaquettes épitaxiales: l'épine dorsale des appareils électriques de nouvelle génération

Résumé du SiC comme matériau

Le carbure de silicium est un semi-conducteur à bande passante large avec une bande passante de 3,26 eV (pour 4H-SiC), contre 1,12 eV pour le silicium.

• Champ électrique critique élevé (~ 10 fois plus élevé que le silicium)

• Conductivité thermique élevée (~ 3 fois supérieure à celle du silicium)

• Voltage de rupture élevé

• Vitesse élevée de saturation d'électrons

Ces propriétés rendent le SiC particulièrement approprié pour des applications à haute puissance, haute fréquence et haute température.Le SiC peut fonctionner à des tensions et températures plus élevées tout en réduisant les pertes d'énergie, ce qui est essentiel pour l'efficacité de la conversion de puissance.

Les substrats SiC: le fondement

Structure cristalline et polytypes

Le SiC existe dans de nombreux polytypes, mais le 4H-SiC est le matériau préféré pour l'électronique de puissance en raison de sa mobilité électronique plus élevée et de son large espace de bande.Le substrat est généralement une gaufre monocristalline tranchée à partir d'une boule de SiC en vrac cultivée par des méthodes de transport de vapeur physique (PVT).

Production de substrats de SiC

Le processus de production comprend:

1. La croissance cristallineEn utilisant la PVT ou des méthodes Lely modifiées, la poudre de SiC de haute pureté est sublimée et recristallisée sur un cristal de graine à haute température (~ 2000°C) et basse pression.

2. Coupe de gaufreLa boule est découpée en tranches de 2", 4", 6" ou 8".

3. Lappage et polirageLes gaufres sont broyées, laminées et polies pour obtenir des surfaces ultra-plates avec un minimum de défauts.

4. InspectionLes substrats sont inspectés pour détecter les dislocations, les micropipes, les dislocations du plan basal (BPD) et d'autres défauts cristallins.

Paramètres clés

• Le diamètre:2", 4", 6" et émergeant 8" (200 mm)

• Angle hors axe:4° typique du 4H-SiC pour améliorer la croissance épitaxienne

• Finition de surface:CMP polissé (épireapré)

• Résistance:Conducteur ou semi-isolateur, selon le dopage (type N, type P ou intrinsèque)

Les plaquettes épitaxiales SiC: conception des dispositifs

Qu'est- ce qu'une gaufre épitaxienne?

Uneplaquette épitaxienneLa couche épitaxielle est conçue avec des profils électriques et d'épaisseur spécifiques pour répondre aux exigences exactes des dispositifs de puissance.

Techniques de croissance épitaxienne

La technique la plus courante estDépôt de vapeur chimique (CVD)Il permet un contrôle précis de:

• Épaisseur de couche(généralement de quelques micromètres à plusieurs dizaines de micromètres)

• Concentration de dopage(de 1015 à 1019 cm−3)

• L'uniformitésur de grandes surfaces de plaquettes

Des gaz tels que le silane (SiH4) et le propane (C3H8) sont utilisés comme précurseurs, ainsi que de l'azote pour le dopage de type n ou de l'aluminium pour le dopage de type p.

Conception axée sur les applications

• Les MOSFET:Exigent des couches de dérive à faible dopage (515 μm) pour une tension de blocage élevée

• Les SBD:Exiger des couches épitaxiales plus peu profondes avec dopage contrôlé pour une faible chute de tension avant

• Les JFET/IGBT:Structures de couches personnalisées pour un comportement de commutation et de résistance spécifique

Les avantages des substrats et des épilayers en SiC

Ces avantages contribuent directement à la réduction de la taille, du poids et du coût des systèmes de conversion d'énergie dans les véhicules électriques, les chargeurs, les onduleurs solaires et les entraînements industriels.

Défis et tendances de l'industrie

Les défis

• Contrôle des défauts:Les dislocations du plan de base (BPD), les micropipes et les défauts d'empilement affectent le rendement de l'appareil.

• Coût de la galette:Les substrats de SiC sont nettement plus chers que le Si, en raison du temps de croissance, du rendement et de la complexité.

• Évolutivité:Les plaquettes de 6 pouces sont largement utilisées, mais la production de plaquettes de 8 pouces est toujours en phase de R&D et de pilotage.

Les tendances

• Migration vers des plaquettes de 8 poucespour réduire le coût par puce

• Amélioration de la qualité du substratgrâce à des techniques de réduction des défauts

• Intégration verticalepar les fabricants pour contrôler toute la chaîne de valeur du substrat au dispositif emballé

• Croissance rapide de la demandeentraînés par les marchés de l'automobile (EV) et des énergies renouvelables

Conclusion

Les substrats de carbure de silicium et les plaquettes épitaxiales représentent le noyau de l'électronique de puissance de nouvelle génération.applications à haute fiabilitéAu fur et à mesure que le monde se dirige vers l'électrification et la neutralité carbone, la demande de wafers SiC continuera d'augmenter, ce qui stimulera l'innovation et l'expansion des capacités dans l'ensemble de l'industrie.

Que vous soyez un fabricant de dispositifs semi-conducteurs, développeur de véhicules électriques ou intégrateur de systèmes d'alimentation,La compréhension et le choix des bons substrats et épilateurs en SiC sont une étape essentielle vers la performance et le succès commercial..