하이브리드 차량은 SiC 시대를 맞이합니다.

중국의 하이브리드 기술은 실리콘 탄화물을 활용하여 효율 혁명을 주도하고 있습니다.

최근 웅링 모터스는 하이브리드 차량에 실리콘 카비드 (SiC) 기술을 도입한다고 공식 발표했습니다.체리 오토는 또한 SiC 기반의 하이브리드 시스템과 관련된 새로운 개발을 공개했습니다.지일리, 차간, BAIC, 그리고 홍콩과 같은 주요 중국 자동차 제조업체들도 실리콘 카바이드 하이브리드 분야에서 전략적 투자를 했다.SiC 기술의 적용은 주요 하이라이트가되었습니다.

전기 구동 시스템에서 SiC 전력 모듈의 통합은 HPDmini 포장 기술과 결합하여 전력 밀도가 268% 증가했으며 현재 출력 능력은 70% 향상되었습니다.그리고 열 분산 효율이 40% 향상되었습니다..

또한, 모터 속도는 이제 최대 24,000 rpm까지 도달 할 수 있으며, 전력 반응과 에너지 효율을 크게 향상시킵니다.중국의 하이브리드 시장은 현재 SiC + 하이브리드 모델을 중심으로 한 기술 진화의 물결을 경험하고 있습니다.많은 자동차 제조업체와 Tier 1 공급업체가 도입을 가속화하고 있습니다.

하이브리드 시장의 전망은 무엇입니까?

점점 더 많은 응용 사례가 기술 업그레이드와 중국 하이브리드 시장의 대규모 확대가 시너지 동력을 형성하고 있음을 나타냅니다.업계의 최신 자료에 따르면, 2024년 중국 플러그인 하이브리드 차량 부문에서 DHT (Dedicated Hybrid Transmission) 시스템의 설치 기반은 3,713만 대에 달했습니다.이중 모터 아키텍처를 채택 한 하이브리드 시스템은 97%까지 차지했습니다..7%, 고효율, 고종합된 이중 모터 솔루션이 주류 선택이 되었다는 것을 확인합니다.

이 기술 동향은 이중 전자 제어 장치의 설치량과 밀접하게 연결되어 있으며, 전년 동기 대비 91.99% 증가한 3,628만 세트를 달성했습니다.이는 자동차 제조업체가 전력 분리 및 멀티 모드 드라이빙과 같은 핵심 기술에서 상당한 진전을 이룩했다는 것을 보여줍니다.이 자료에 따르면2025 실리콘 카비드 (SiC) 장치 및 모듈 산업 연구 백서, SiC 장치의 비용이 계속 감소함에 따라 하이브리드 시장은 2025 년과 2030 년 사이에 두 번째 성장 단계에 들어갈 것으로 예상됩니다.

전기차에서 일반적으로 사용되는 SiC 제품

1.SiC MOSFET (실리콘 카비드 금속 산화물 반도체 필드 효과 트랜지스터)

응용 프로그램:

• 메인 드라이브 인버터 (트랙션 인버터): 고전압 DC 전력을 3단계 AC 전원으로 변환하여 모터를 구동합니다.

• DC-DC 변환기: 저전압 시스템에서 전력을 공급하기 위해 배터리 전압을 안정화합니다.

• 탑재 충전기 (OBC): 배터리 충전을 위해 AC 네트워크 전력을 DC 전원으로 변환합니다.

장점:

• 높은 스위치 주파수 → 시스템 효율을 향상시킵니다

• 전체 시스템 크기와 무게를 줄입니다.

• 열 관리 요구 사항을 낮추는

2.SiC SBD (실리콘카바이드 쇼트키 장벽 다이오드)

응용 프로그램:

• 보드 충전기 (OBC) 와 DC-DC 변환기에 널리 사용됩니다.

• 효율을 높이고 역 회수 손실을 줄이기 위한 직렬기 기능

장점:

• 제로 역회복 시간 → 고주파 전환에 적합합니다.

• 우수한 열 안정성

3.SiC 전원 모듈

응용 프로그램:

• 복수의 SiC 컴포넌트 (예를 들어, MOSFET + SBD) 를 컴팩트 모듈로 통합합니다.

• 전기 구동 시스템, 모터 컨트롤러 및 고전압 시스템에서 사용됩니다.

장점:

• 높은 전력 밀도에 적합한 컴팩트 설계

• 최적화 된 열 관리 및 EMI 억제 성능

6인치 및 8인치 실리콘 탄화물 기판 및 에피타시얼 웨이퍼: 차세대 전력 장치의 척추

재료로서의 SiC의 요약

실리콘 카바이드 (CrB) 는 넓은 대역 간격 반도체로 대역 간격은 3.26 eV (4H-SiC) 이며, 실리콘은 1.12 eV이다.

• 높은 비판 전기장 (실리콘보다 ~ 10배 더 높다)

• 높은 열전도 (실리콘보다 ~ 3배 더 높다)

• 고 고전압

• 높은 전자 포화 속도

이러한 특성은 SiC를 특히 고전력, 고주파, 고온 애플리케이션에 적합하게 만듭니다.SiC는 높은 전압과 온도에서 작동하면서 에너지 손실을 줄일 수 있습니다.전력 변환 효율에 매우 중요합니다.

SiC 기판: 기초

결정 구조와 다형

SiC는 많은 폴리 타입으로 존재하지만, 4H-SiC는 높은 전자 이동성 및 넓은 대역 간격으로 인해 전력 전자제품에 선호되는 재료입니다.기판은 일반적으로 물리적 증기 운송 (PVT) 방법으로 재배 된 대량 SiC boule에서 잘라낸 단일 결정 웨이퍼입니다..

SiC 서브스트레이트 생산

생산 과정은 다음을 포함합니다.

1. 크리스탈 성장PVT 또는 수정된 Lely 방법을 사용하여 고 순수성 SiC 분말은 높은 온도 (~ 2000°C) 와 낮은 압력 하에서 씨앗 결정으로 수브림되고 재 결정화됩니다.

2. 웨이퍼 절단● 자란 구슬 은 정밀 히 자르고 (2", 4", 6", 또는 8") 와이퍼 로 잘라 낸다.

3. 래핑 & 폴리싱● 웨이퍼는 얇게 깎아 닦아 닦아 최소의 결함 없이 초평한 표면을 얻을 수 있습니다.

4. 검사- 기판은 굴절, 마이크로 파이프, 기초 평면 굴절 (BPD) 및 기타 결정 결함을 검사합니다.

주요 매개 변수

• 직경:2′′, 4′′, 6′′, 그리고 8′′ (200mm)

• 축 외 각:4H-SiC의 전형적인 4°는 부근성장을 개선합니다.

• 표면 마감:CMP 닦은 (epiready)

• 저항성:도핑에 따라 전도성 또는 반 단열성 (N형, P형 또는 내성)

SiC 에피타시얼 웨이퍼: 기기 설계를 가능하게 한다

에피타시얼 웨이퍼 는 무엇 입니까?

그리고에피타시얼 웨이퍼얇고 도핑된 SiC 층으로 구성되어 있으며, 닦은 SiC 기판 위에 자란다. 부피층은 전력 장치의 정확한 요구 사항을 충족시키기 위해 특정 전기 및 두께 프로파일을 가지고 설계되었습니다.

부근성장 기술

가장 일반적인 기술은화학 증기 퇴적 (CVD)- 정밀하게 제어할 수 있습니다.

• 층 두께(일반적으로 몇에서 수십 미크로미터)

• 도핑 농도(1015~1019cm−3)

• 통일성큰 웨이퍼 영역에 걸쳐

실라인 (SiH4) 및 프로판 (C3H8) 같은 기체는 n형 도핑에 질소 또는 p형 도핑에 알루미늄과 함께 전초 물질로 사용됩니다.

애플리케이션 지향적 디자인

• MOSFET:높은 차단 전압을 위해 낮은 도피드 드리프 레이어 (515μm) 를 요구합니다.

• SBD:낮은 전압 하락을 위해 통제 된 도핑을 가진 얇은 부피층을 요구합니다.

• JFET/IGBT:특정 켜기 저항 및 스위치 동작을 위해 사용자 정의 레이어 구조

SiC 서브스트레이트 및 에피 레이어 의 장점

이러한 장점은 EV, 충전기, 태양광 인버터 및 산업용 드라이브의 크기와 무게 및 전력 변환 시스템의 비용을 줄이는 데 직접 기여합니다.

도전 과제 와 산업 동향

어려움

• 결함 관리:기본 평면 변동 (BPD), 마이크로 파이프 및 스파킹 결함 등은 장치의 성능에 영향을 미칩니다.

• 웨이퍼 비용:SiC 기판은 성장 시간, 수확량 및 복잡성으로 인해 Si보다 훨씬 비싸다.

• 확장성:6인치 웨이퍼는 주류이지만, 8인치 웨이퍼 생산은 여전히 연구개발과 파일럿 단계에 있습니다.

추세

• 8인치 웨이퍼로 이동한 칩에 대한 비용을 줄이기 위해

• 기판 품질 향상결함 감소 기술을 통해

• 수직 통합제조업체가 기판에서 포장된 장치까지의 전체 가치 사슬을 제어하기 위해

• 급속한 수요 증가자동차 (EV) 및 재생 에너지 시장에 의해 주도

결론

실리콘 카바이드 기판과 대동성 웨이퍼는 차세대 전력 전자제품의 핵심입니다.높은 신뢰성 애플리케이션전기가 전력화되고 탄소 중립성을 향해 전 세계가 전환됨에 따라 SiC 웨이퍼에 대한 수요는 계속 증가하여 산업 전반에 걸쳐 혁신과 용량 확장을 촉진할 것입니다.

여러분이 반도체 기기 제조사이든, EV 개발자든,올바른 SiC 기판과 에피레이어를 이해하고 선택하는 것은 성능과 상업적 성공을 달성하는 데 중요한 단계입니다..