X-FAB: Tämja defekter, förbättra kvaliteten

Tämja defekter och förbättra kvaliteten

Avancerade tillverkningstekniker möjliggör SiC-wafers med toppmoderna egenskaper. Låg defekttäthet och exceptionella kristallkvaliteter resulterar i robusta kontakter för tillförlitlig prestanda.

Genom att tillverka SiC-enheter i volymfabriker tillsammans med kisel kan man dra nytta av stordriftsfördelar för att sänka tillverkningskostnaderna, och besparingarna kan föras vidare direkt till slutkunderna.

Strömförsörjning med hög spänning

Nätaggregat är viktiga komponenter i många industriella, tillverkande, vetenskapliga, medicinska och analytiska tillämpningar. De levererar el till belysning, apparater och specialiserade röntgenmaskiner på sjukhus eller maskiner för tillverkning av halvledare samt driver piezoelektriska element som finns i MR-skannrar eller precisionsenheter som behöver påverkas av elektriska fält eller elektroner som genereras vid höga spänningar.

SiC erbjuder många fördelar för användare av högspänningsnätaggregat, bland annat kostnadsbesparingar och ökad livslängd för utrustningen. SiC:s tunna material minskar effektförluster som orsakas av ledning och växling, och dess höga värmeledningsförmåga minskar kraven på kylkomponenter - allt detta gör det perfekt för energieffektiva konstruktioner som uppfyller interna krav, industrins kvalitetsstandarder och lagstadgade krav.

Högspänningsaggregat kan delas in i AC- eller DC-ingångstyper beroende på vilken typ av energi de tar emot från elnätet, och erbjuder antingen enkla utgångar med fast positiv polaritet eller alternativ för reversibel polaritet och enkla eller dubbla positiva utgångar med alternativ för positiv eller reversibel polaritet. Många rackmonterade och bänkmonterade högspänningsaggregat kan även fjärrstyras med hjälp av digitala eller analoga signaler, vilket gör dem lämpliga för automatiserad testutrustning eller automatisering av tillverkningsprocesser.

Högspänningsnätaggregat kan anpassas för olika applikationer baserat på behov av spänning, ström och rippelkontroll. Till exempel behöver en röntgenmaskin vanligtvis högre utspänning medan utrustning för elektronstrålesvetsning kan behöva lägre spänningsnivåer. Wattstyrkan beror på vilken effektnivå som behövs.

Industriella tillämpningar

Halvledare av kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN) erbjuder oöverträffade fördelar för industriella applikationer. Deras effektivitet, mindre storlek, lägre vikt, snabbare kopplingsfrekvens, högre tillförlitlighet och lägre systemkostnader bidrar alla till att sänka systemkostnaderna samtidigt som de totala systemkostnaderna förbättras. På grund av deras höga strömtäthet och kopplingsfrekvenser kräver de dock speciella bearbetningstekniker som dagens gjuterier inte har tillgång till; det är därför X-FAB blev det första renodlade SiC-gjuteriet som investerade i kapacitet att stödja alla steg i båda dessa exotiska materialprocesser - vilket gör X-FAB till en branschpionjär inom båda dessa avancerade material.

SiC-enheter är fortfarande dyra att producera på grund av kostnaderna för waferproduktion och komplexiteten, men tekniska innovationer inom epitaxial tillväxt och enhetsdesign kan hjälpa till att övervinna sådana hinder.

SiC:s höga elektriska fält och låga bärarkoncentration gör den idealisk för kraftelektronik i elfordon och system för förnybar energi, där högre spänningar vid förhöjda temperaturer hanteras effektivt samtidigt som den utmärkta värmeledningsförmågan effektivt leder bort värme - perfekt i tuffa miljöer där värmeavledning är viktigt.

Tillverkare som vill maximera potentialen hos SiC-enheter behöver wafers av hög kvalitet med olika egenskaper. Högupplösande etsning är avgörande för exakt tillverkning, strukturdefinition och prestandaoptimering; på grund av SiC:s hårdhet har den låg fotoresistselektivitet, vilket gör det nödvändigt att använda specialmasker och etsningssteg. På NREL undersöker man för närvarande en aluminiumimplantationsprocess vid rumstemperatur som kan eliminera dislokationer i basplanet och därmed förenkla tillverkningen av SiC MOSFET och förbättra prestandan.

Förnybar energi

SiC-halvledare klarar högre spänningsfluktuationer och temperaturer än kiselbaserade enheter, vilket gör dem lämpliga för användning i kraftelektronik i elfordon samt i system för förnybar energi. Tyvärr förhindrar den högre initialkostnaden ofta att tekniken används på priskänsliga marknader, och det är inte ovanligt att man helt bortser från den.

För att motverka detta har fabriker som Kulims ett nära samarbete med lokala universitet och tekniska högskolor för att ge studenterna erfarenhet från verkligheten innan de tar examen. Det tar cirka åtta månader innan de kan bidra direkt till produktionsprocesserna, men då har de redan skaffat sig värdefulla kunskaper som bara kan fås genom att arbeta direkt i en industriell miljö.

Fabs bidrag till att hålla talangflödet igång genom att samarbeta med lokala skolor och högskolor för att tillhandahålla den utrustning som de behöver för sina slutårsprojekt är också ovärderligt och ger studenterna en uppfattning om hur det skulle vara att arbeta som ingenjör på banbrytande fabriker, vilket hjälper dem att avgöra om denna väg verkligen är något för dem.

US National Multi-User Silicon Carbide Research Fab ger tillgång till tillverkningskapacitet för SiC i små volymer för utveckling och prototyptillverkning av nya idéer som kommer att främja den amerikanska forskningen inom halvledarteknik. Veliadis påpekar att befintliga tillverkningslinjer för 150 mm kisel kan omvandlas till tillverkningslinjer för SiC genom att anpassa processer och köpa nyckelverktyg som högtemperaturimplantatorer för cirka $20 miljoner.

Nätaggregat för datacenter

Datacenter är komplexa tekniska anläggningar som kräver sofistikerade energihanteringssystem. Dessa inkluderar elektrisk och kraftdistributionsutrustning som distribuerar energi genom utrustningsställen; kylsystem för att upprätthålla optimala temperaturer i datacentret; reservgeneratorer; och avbrottsfri strömförsörjning (UPS).

Kraftlösningar för datacenter erbjuder stabil och reglerad el för anläggningens utrustning och innehåller ofta programvara för att hantera energianvändningen. Dessutom kan dessa system optimera resursanvändningen genom att t.ex. spåra strömförbrukningen eller använda lastbalanseringsstrategier för att maximera resursanvändningen. Sådana system är viktiga för att upprätthålla datacenters tillförlitlighet under nödsituationer eller strömfluktuationer och måste fortsätta att fungera smidigt under sådana omständigheter.

I Kulim finns ett omfattande program som sammanför ingenjörer från lokala universitet och tekniska högskolor för att arbeta med krafthalvledare och epitaxiprocesser för galliumnitrid (GaN), där ingenjörerna lär sig om och får erfarenhet av dessa processer innan de tar examen från programmen. Vid det laget har dessa ingenjörer redan gjort betydelsefulla insatser som har bidragit till att datacentren fungerar smidigt.

Vid vår fabrik kommer elen in via en huvudingång för elförsörjning, där den omvandlas av transformatorer till lägre spänningsnivåer innan den går in i ett elektriskt ställverk eller en automatisk överföringsbrytare (ATS), som överför elen mellan elnätet och reservkraft efter behov. Dessutom distribuerar en ATS energi som lagrats i batterier till vårt UPS-system för att säkerställa fortsatt drift i händelse av avbrott eller andra störningar.