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www markttechnik de Nr 15 2022 Schwerpunkt|Leistungselektronik Leistungshalbleiter Wie SiC langfristig günstiger wird Auch wenn die Nachfrage nach SiC-MOSFETs rasant wächst bleiben Fragen zu den Bauteilkosten im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumlösungen bestehen Warum die höheren Kosten? Wie lassen sich diese senken? Und wie hoch könnten die Kosten in zehn Jahren aussehen? Dr Peter Gammon Professor für Leistungshalbleiter an der University of Warwick und Gründer von PGC SiC Consultancy Diskrete SiC-MOSFETs für 100 A – sowohl 650-Vals auch 1200-V-Typen – kosteten mit Stand September 2021 fast genau das Dreifache eines äquivalenten Silizium-IGBT obwohl der SiC-Chip dreibis viermal kleiner ist Der größte Kostenblock ist das Substrat und dies wird ziemlich sicher auch noch einige Zeit so bleiben Im Vergleich zu einem Siliziumwafer dürften die Kosten für einen SiC-Wafer derzeit 30-bis 50-mal höher sein Weitere Faktoren die zum höheren Preis von Siliziumkarbid beitragen sind die Epitaxie Aufwachsen einer hochwertigen SiC-Bauelementeschicht auf der Substratoberfläche und die Prozessierung der Wafer Aber im Vergleich zu den Substratkosten sind diese Kostenbeiträge gering Der letzte Kostentreiber ist die Ausbeute Yield bei jedem der vorgenannten Prozessschritte Diese Kosten ergeben sich aus der Anzahl der unbrauchbaren Wafer aus den Boules und der Anzahl der Wafer die nach der Epitaxie und der Prozessierung aussortiert werden müssen Der größte Einflussfaktor auf die Ausbeute ist die Materialqualität des SiC-Wafers Ein weiteres Problem bei der Fertigung ist die Zuverlässigkeit des Gate-Oxids des MOSFET Bild 1 schlüsselt die Gesamtkosten für einen SiC-MOSFET-Die auf wobei die Ausbeute von einem handelsüblichen MOSFET-Chip mit 1200 V 100 Aaus dem Jahr 2021 stammt hergestellt auf einem 150-mm-Substrat Die beiden Säulen stehen für zwei unterschiedliche Modelle der Versorgung mit Substraten zum einen die Unternehmen die ihre Substrate zu Marktpreisen einkaufen müssen zum anderen diejenigen die vertikal integriert sind und sich daher selbst mit Substraten zu Selbstkosten eindecken können Umstieg auf 200-mm-Wafer Mehrere Faktoren zusammengenommen dürften dazu führen dass der Preis für Siliziumkarbid sinkt Aktuell werden SiC-Bauelemente vorwiegend auf Substraten mit einem Durchmesser von 150 mm gefertigt obwohl Wolfspeed und GT Advanced Technologies GTAT in den nächsten sechs bis zwölf Monaten eine Migration auf 200-mm-Substrate erwarten Dadurch lassen sich etwa 1 8-mal Bi ld Infi ne on Tec hn ol og ie s 22