SiC，全民「挖坑」

　　有目共睹，SiC功率半導(dǎo)體這幾年的發(fā)展速度幾乎超出了所有人意料。其中，由于SiC MOSFET具有取代現(xiàn)有的硅超級(jí)結(jié)(SJ)晶體管和IGBT技術(shù)的潛力，受到了特別關(guān)注。

　　行業(yè)老對(duì)手和新玩家紛紛涌入，加倍下注這個(gè)新興市場(chǎng)。

　　實(shí)際上，SiC MOSFET的發(fā)展歷史相當(dāng)長(zhǎng)遠(yuǎn)，全球SiC產(chǎn)業(yè)龍頭Wolfspeed的前身Cree公司的創(chuàng)始人之一John Palmour早在1987年就申請(qǐng)了一項(xiàng)涉及在SiC襯底上生成MOS電容器的結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)專利后來(lái)被視為促成SiC MOSFET誕生的關(guān)鍵。

　　不過(guò)，由于襯底良率、制造工藝等問(wèn)題，直到2010年左右SiC MOSFET才正式實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

　　彼時(shí)，Cree推出了市場(chǎng)上*款SiC MOSFET，采用平面柵結(jié)構(gòu)的CMF20120D(另有說(shuō)法稱，2010年羅姆率先推出了*平面型SiC MOSFET)。到了2015年，羅姆率先實(shí)現(xiàn)溝槽柵結(jié)構(gòu)SiC MOSFET的量產(chǎn)，這種結(jié)構(gòu)更能夠發(fā)揮SiC材料的特性，工藝更復(fù)雜。

　　經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展，目前在SiC MOSFET的技術(shù)路線上，溝槽型SiC MOSFET正在被認(rèn)為是更有優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線和發(fā)展方向。

　　01.平面型 or 溝槽型？

　　在SiC MOSFET的技術(shù)路線之爭(zhēng)上，一直有平面柵和溝槽柵兩種不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。

　　平面柵和溝槽柵都是垂直導(dǎo)電型的MOSFET，兩者在結(jié)構(gòu)上面有相似之處，源極在頂層，漏極在底層，兩者的區(qū)別在柵極。

　　平面柵SiC MOSFET結(jié)構(gòu)：是指柵極電極和源極電極在同一水平面上呈現(xiàn)“平面”分布，溝道與襯底平行。平面柵結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，單元的一致性較好，雪崩能量比較高。但是，平面柵SiC MOSFET器件由于JFET區(qū)的存在，輸入電容較大，從而增加通態(tài)電阻，降低了器件的電流能力。

　　溝槽型SiC MOSFET結(jié)構(gòu)：是指柵極位于源極下方，在半導(dǎo)體材料中形成一個(gè)“溝槽”，溝槽柵結(jié)構(gòu)中的溝道和柵極是垂直于襯底的，這也是與平面柵結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著區(qū)別。盡管其工藝復(fù)雜，單元一致性比平面結(jié)構(gòu)差。但是，由于溝槽結(jié)構(gòu)沒(méi)有JFET效應(yīng)，具有更高的溝道密度，同時(shí)溝道所在SiC晶面具有較高的溝道遷移率，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更低的比導(dǎo)通電阻，能實(shí)現(xiàn)更大電流的導(dǎo)通和更寬的開(kāi)關(guān)速度。

　　因此，新一代SiC MOSFET主要研究和采用這種結(jié)構(gòu)。

　　SiC功率MOSFET器件結(jié)構(gòu)

　　相對(duì)而言，平面柵SiC MOSFET工藝復(fù)雜度沒(méi)那么高，而且開(kāi)發(fā)歷史比較長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品較早實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并且在特拉斯、比亞迪等眾多車(chē)企帶動(dòng)下，平面柵SiC MOSFET功率模塊自2018年就進(jìn)入了主驅(qū)逆變器。

　　然而，在縮小芯片尺寸，從而提高產(chǎn)量的過(guò)程中，平面柵SiC MOSFET的橫向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)其最終能夠縮小的程度造成了限制。

　　相比之下，溝槽型SiC MOSFET器件由于采用了溝槽柵極結(jié)構(gòu)，具有以下突出優(yōu)點(diǎn):

　　導(dǎo)電溝道由橫向改為縱向，有效節(jié)約了器件面積，功率密度大幅提升;

　　溝槽結(jié)構(gòu)幾乎消除了JFET區(qū)，使器件輸入電容大幅減小，提高了開(kāi)關(guān)速度，降低了開(kāi)關(guān)損耗;

　　JFET區(qū)電阻也隨之消除，器件Rdson可以更低電流能力得到進(jìn)一步提升。

　　相較平面柵SiC MOSFET器件，溝槽型SiC MOSFET功率密度更大、開(kāi)關(guān)速度更快、導(dǎo)通電阻及損耗更低，因而受到業(yè)內(nèi)企業(yè)的高度關(guān)注。

　　通俗的說(shuō)，溝槽柵SiC MOSFET可以理解為在平面的基礎(chǔ)上“挖坑”，國(guó)際SiC廠商們正在通過(guò)溝槽柵來(lái)更大的發(fā)揮SiC的潛力。不過(guò)雖說(shuō)各家都在“挖坑”，但是方式略微有所不同，放眼望去，有的廠商挖一個(gè)坑，有的挖兩個(gè)坑，還有的是斜著挖，各種技術(shù)結(jié)構(gòu)層出不窮，百花齊放。

　　業(yè)內(nèi)幾家溝槽柵SiC MOSFET示意圖

　　為此，SiC芯片供應(yīng)商們尤其是國(guó)際大廠都在發(fā)揮自家各自的本領(lǐng)，開(kāi)始了對(duì)溝槽型SiC MOSFET的探索。

　　02.溝槽型SiC MOSFET，多方出擊

　　在一眾SiC器件頭部供應(yīng)商中，基本都已經(jīng)開(kāi)始向溝槽柵MOSFET進(jìn)行布局。

　　羅姆和英飛凌是率先轉(zhuǎn)向溝槽SiC MOSFET的公司。據(jù)Yole報(bào)告顯示，溝槽SiC MOSFET陣營(yíng)目前從原來(lái)的羅姆和英飛凌已經(jīng)擴(kuò)大到多家頭部大廠，例如住友電工、三菱電機(jī)、電裝、Qorvo(UnitedSiC)、ST、Wolfspeed、安森美半導(dǎo)體等等，都在從平面結(jié)構(gòu)的MOSFET向溝槽結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

　　羅姆：雙溝槽結(jié)構(gòu)

　　2015年，羅姆開(kāi)發(fā)并量產(chǎn)了世界*溝槽結(jié)構(gòu)的SiC MOSFET，而且是雙溝槽的結(jié)構(gòu)。截止目前，羅姆的溝槽型SiC MOSFET已經(jīng)發(fā)展到了第四代，雙溝槽結(jié)構(gòu)同時(shí)具有源極溝槽和柵極溝槽。

　　羅姆雙溝槽型SiC MOSFET結(jié)構(gòu)

　　(圖源：羅姆)

　　在一般的單溝槽結(jié)構(gòu)中，電場(chǎng)集中在柵極溝槽的底部，因此長(zhǎng)期可靠性一直是個(gè)問(wèn)題。而羅姆開(kāi)發(fā)的雙溝槽結(jié)構(gòu)，在源區(qū)也設(shè)置了溝槽結(jié)構(gòu)，緩和了柵極溝槽底部的電場(chǎng)集中，這種結(jié)構(gòu)成功地降低了電場(chǎng)，防止了對(duì)柵極溝槽處的氧化層破壞，確保了長(zhǎng)期可靠性，提高了器件性能。

　　據(jù)了解，在第4代SiC MOSFET中，羅姆進(jìn)一步改進(jìn)了雙溝槽結(jié)構(gòu)，成功在改善短路耐受時(shí)間的前提下，使導(dǎo)通電阻比第三代產(chǎn)品又降低約40%;同時(shí)通過(guò)大幅降低柵漏電容，成功地使開(kāi)關(guān)損耗比以第三代產(chǎn)品降低約50%。

　　第4代SiC MOSFET與第3代的導(dǎo)通電阻、開(kāi)關(guān)損耗比較(圖源：羅姆)

　　羅姆預(yù)測(cè)，第4代SiC MOSFET從2023年起在其銷(xiāo)售構(gòu)成中的占比逐漸增加，直至2024-2025年成為銷(xiāo)售主力。

　　與其他尚在挑戰(zhàn)*量產(chǎn)溝槽柵產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，羅姆已*數(shù)個(gè)身位。按照其產(chǎn)品路線圖，預(yù)計(jì)2025年和2028年將推出的第5代和第6代產(chǎn)品的導(dǎo)通電阻將會(huì)分別再降低30%。

　　羅姆的SiC MOSFET技術(shù)路線圖

　　英飛凌：半包溝槽結(jié)構(gòu)

　　眾所周知，“挖坑”是英飛凌的*手藝。

　　在硅基產(chǎn)品時(shí)代，英飛凌的溝槽型IGBT和溝槽型的MOSFET就獨(dú)步天下。隨著SiC時(shí)代的來(lái)臨，市面上大部分的SiC MOSFET都是平面型元胞，而英飛凌依然延續(xù)了溝槽結(jié)構(gòu)的路線。

　　英飛凌半包溝槽SiC MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖

　　2017年，英飛凌報(bào)道了采用半邊導(dǎo)通結(jié)構(gòu)的溝槽型SiC MOSFET器件，在柵極溝槽的一邊形成導(dǎo)電溝道。從上圖看到，參雜毗鄰溝槽中的區(qū)域是不對(duì)稱的，溝槽的左側(cè)壁包含了MOS溝道，它被對(duì)準(zhǔn)到a-plane面，以實(shí)現(xiàn)*的溝道遷移率，溝槽底部的大部分被嵌入到溝槽底部下方的p型區(qū)域中。

　　該結(jié)構(gòu)可保護(hù)溝槽拐角不受電場(chǎng)峰值影響，提高器件可靠性，同時(shí)能進(jìn)一步提升器件耐壓，使得開(kāi)關(guān)控制良好，動(dòng)態(tài)損耗非常低。特別是，該特性對(duì)于抑制使用半橋的拓?fù)渲屑纳鷮?dǎo)通引起的額外損耗至關(guān)重要。

　　英飛凌的CoolSiC MOSFET溝槽分立器件系列，采用英飛凌獨(dú)特的溝槽的方式，為其系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多好處，包括高可靠性、效率提高、實(shí)現(xiàn)高開(kāi)關(guān)頻率和高功率密度，降低系統(tǒng)復(fù)雜性和總系統(tǒng)成本。

　　英飛凌在2016年推出了*代CoolSiC系列SiC MOSFET，并在2022年更新了第二代產(chǎn)品，相比*代增強(qiáng)了25%-30%的載電流能力。

　　產(chǎn)能方面，英飛凌目前主要通過(guò)特有的“冷切割”技術(shù)，減少晶錠切割過(guò)程中材料的浪費(fèi)，未來(lái)可以在相同晶錠中獲得多一倍的碳化硅襯底來(lái)增加產(chǎn)能。另一方面，英飛凌去年宣布投資超過(guò)20億歐元，對(duì)位于馬來(lái)西亞的晶圓廠進(jìn)行擴(kuò)建，專門(mén)針對(duì)碳化硅晶圓進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)。

　　意法半導(dǎo)體：深挖平面潛力，布局溝槽

　　據(jù)Yole數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球碳化硅功率器件市場(chǎng)份額最高的廠商就是意法半導(dǎo)體(ST)，同時(shí)憑借與特斯拉的合作，ST的SiC MOSFET產(chǎn)品也是最早在電動(dòng)汽車(chē)上被大規(guī)模應(yīng)用的，自Model3車(chē)型開(kāi)始，特斯拉就一直大規(guī)模采用ST供應(yīng)的碳化硅模塊。

　　在芯片設(shè)計(jì)上，意法半導(dǎo)體持續(xù)深挖平面設(shè)計(jì)碳化硅MOSFET的技術(shù)潛力，2022年推出了第4代平面柵SiC MOSFET。相比上一代產(chǎn)品，第4代平面柵碳化硅的性能有所進(jìn)步，包括導(dǎo)通電阻減少15%，工作頻率增加一倍至1MHz。

　　而之前規(guī)劃的溝槽柵產(chǎn)品則順延成為意法半導(dǎo)體的第5代SiC MOSFET，目前應(yīng)該在研發(fā)階段，預(yù)計(jì)2025年量產(chǎn)。

　　意法半導(dǎo)體SiC MOSFET路線圖

　　(圖源：ST)

　　相比于平面型SiC MOSFET，溝槽型SiC MOSFET可以具有較小的導(dǎo)通電阻，寄生電容較小的同時(shí)開(kāi)關(guān)性能更強(qiáng)。

　　產(chǎn)能方面，ST此前計(jì)劃在2022財(cái)年投入21億美元來(lái)擴(kuò)大產(chǎn)能，包括擴(kuò)建原有的6英寸碳化硅晶圓廠、2022投入運(yùn)營(yíng)的新加坡6英寸碳化硅晶圓廠。同時(shí)，2019年ST收購(gòu)的瑞典碳化硅襯底生產(chǎn)商N(yùn)orstel也開(kāi)始進(jìn)行8英寸碳化硅材料的測(cè)試，預(yù)計(jì)會(huì)在2025年前后可以在新加坡8英寸產(chǎn)線中應(yīng)用。

　　安森美半導(dǎo)體：溝槽型產(chǎn)品在即

　　2021年第3季度，隨著收購(gòu)襯底供應(yīng)商GTAT的通過(guò)，安森美搭建了從碳化硅晶錠、襯底、器件生產(chǎn)到模塊封裝的垂直整合模式。

　　雖然其中一些項(xiàng)目的技術(shù)實(shí)力與各領(lǐng)域*企業(yè)還有所差距，但其整體實(shí)力卻更為均衡：與襯底龍頭Wolfspeed相比，安森美的模塊封測(cè)和量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)略勝一籌;與器件設(shè)計(jì)實(shí)力超群的英飛凌相比，安森美又有來(lái)自GTAT碳化硅材料的加成。

　　從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)看，安森美的第1代碳化硅MOSFET技術(shù)(M1)采用平面設(shè)計(jì)，耐壓等級(jí)為1200V。之后從中衍生出900V和750V耐壓的規(guī)格，微觀結(jié)構(gòu)也改為Hex Cell設(shè)計(jì)，這兩個(gè)改動(dòng)相疊加使得碳化硅MOSFET的導(dǎo)通電阻降低了35%左右。目前安森美推出的大部分碳化硅產(chǎn)品均基于M1與其衍生出的M2平臺(tái)。

　　目前最新的一代碳化硅技術(shù)(M3)仍然采用平面技術(shù)，但是改為受專利保護(hù)的Strip Cell設(shè)計(jì)，導(dǎo)通性能較上一代衍生版本再提高了16%。這一代產(chǎn)品將逐漸成為公司的主力車(chē)規(guī)碳化硅平臺(tái)，在電壓規(guī)格上覆蓋電動(dòng)汽車(chē)主流的400V和800V平臺(tái)。

　　據(jù)了解，安森美的下一代技術(shù)平臺(tái)M4則會(huì)從平面結(jié)構(gòu)升級(jí)為溝槽結(jié)構(gòu)。與初代碳化硅技術(shù)相比，溝槽結(jié)構(gòu)的SiC MOSFET在相同載電流的要求下可以減少相當(dāng)?shù)男酒�面積。如果再加上M4平臺(tái)可能采用8英寸晶圓生產(chǎn)，預(yù)期M4的成本較之前將顯著降低。

　　事實(shí)上，安森美在溝槽柵方面已經(jīng)研究了很多年，也有很多樣品在進(jìn)行內(nèi)部測(cè)試，其認(rèn)為*的問(wèn)題在于，過(guò)早的推出溝槽柵產(chǎn)品在可靠性方面還有一定的風(fēng)險(xiǎn)。所以安森美正在進(jìn)行可靠性優(yōu)化，提升溝槽柵的利用率。

　　同時(shí)，在提升可靠性方面，安森美也在對(duì)溝槽柵進(jìn)行摸底，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的基礎(chǔ)上加一些認(rèn)為有風(fēng)險(xiǎn)的測(cè)試點(diǎn)，力圖將風(fēng)險(xiǎn)搞清楚。

　　另外，從封裝角度講，安森美提供各種不同的封裝選項(xiàng)，還將推出下一代設(shè)計(jì)很強(qiáng)的封裝，通過(guò)封裝的不斷迭代來(lái)適配不同的需求。

　　三菱電機(jī)：獨(dú)特電場(chǎng)限制結(jié)構(gòu)

　　2019年，三菱電機(jī)也開(kāi)發(fā)出了一種溝槽的SiC MOSFET，為了解決溝槽型的柵極絕緣膜在高電壓下的斷裂問(wèn)題，三菱電機(jī)基于在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行的先進(jìn)模擬，開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的電場(chǎng)限制結(jié)構(gòu)，將應(yīng)用于柵絕緣薄膜的電場(chǎng)減小到常規(guī)平面型水平，使柵絕緣薄膜在高電壓下獲得更高的可靠性。

　　三菱電機(jī)的新型溝槽型SiC MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖

　　(圖源：三菱電機(jī))

　　三菱電機(jī)利用獨(dú)特的電場(chǎng)限制結(jié)構(gòu)確保器件可靠性，通過(guò)注入鋁和氮來(lái)改變半導(dǎo)體層的電氣特性，從而保護(hù)柵極絕緣膜。

　　具體來(lái)看，在垂直溝槽方向注入鋁元素，使溝槽底部形成電場(chǎng)限制層，再通過(guò)其新技術(shù)斜向注入鋁，形成連接電場(chǎng)場(chǎng)限制層和源極的側(cè)接地，并斜向注入氮元素，再局部形成更容易導(dǎo)電的高濃度摻雜層。電場(chǎng)限制層將施加在柵極絕緣膜上的電場(chǎng)降低到傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)水平，保證耐壓的同時(shí)，提高器件的可靠性。連接電場(chǎng)限制層和源極的側(cè)接地，實(shí)現(xiàn)了高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作，減少開(kāi)關(guān)損耗。

　　與平面結(jié)構(gòu)相比，溝槽型器件Cell pitch更小，所以功率器件能排列更多的元胞。元胞高密度排列使得流動(dòng)的電流變多，但各柵極的之間的間隔太小就會(huì)導(dǎo)致路徑變窄，電流流動(dòng)困難。將氮元素斜向注入，在局部形成更容易導(dǎo)電的高濃度摻雜層，使電流路徑上的電流變得容易傳輸，從而降低電流通路的電阻。與沒(méi)用高濃度層相比，電阻率降低了約25%。

　　Wolfspeed：平面柵SiC MOSFET優(yōu)勢(shì)未耗盡

　　作為一家在SiC行業(yè)中浸潤(rùn)了超過(guò)30年的企業(yè)，Wolfspeed及其前身Cree在1991年就推出了*片量產(chǎn)碳化硅襯底。深厚的經(jīng)驗(yàn)積累和歷史沉淀讓W(xué)olfspeed的碳化硅襯底性能和質(zhì)量獨(dú)占鰲頭，就連意法半導(dǎo)體、英飛凌和安森美等同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都不得不花費(fèi)上億美元向其采購(gòu)。因此，Wolfspeed的碳化硅產(chǎn)品獲得了至關(guān)重要的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，成為了整個(gè)碳化硅行業(yè)的風(fēng)向標(biāo)。

　　在設(shè)計(jì)方面，Wolfspeed的碳化硅MOSFET采用平面設(shè)計(jì)，目前處于第3代，涵蓋650V到1200V之間的多個(gè)電壓規(guī)格。與之前兩代產(chǎn)品相比，Gen3 平面MOSFET采用六邊形晶胞微觀設(shè)計(jì)，導(dǎo)通電阻較上一代Strip Cell減少了16%。

　　Wolfspeed Gen3 SiC MOSFET采用Hex Cell的平面技術(shù)(來(lái)源：Wolfspeed)

　　據(jù)了解，Wolfspeed下一代產(chǎn)品將是溝槽柵設(shè)計(jì)，目前Gen4溝槽柵MOSFET仍在開(kāi)發(fā)中，具體量產(chǎn)時(shí)間還沒(méi)有透露。

　　盡管也在布局溝槽結(jié)構(gòu)，但從一開(kāi)始就致力于碳化硅二極管和MOSFET開(kāi)發(fā)的Wolfspeed認(rèn)為，平面柵SiC MOSFET的技術(shù)優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)未耗盡。

　　Wolfspeed聯(lián)合創(chuàng)始人John Palmour曾表示：“因?yàn)闇喜跰OSFET有更好的導(dǎo)通電阻，這是關(guān)鍵性能指標(biāo)。只要我們?cè)趯?dǎo)通電阻方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)*溝槽SiC MOSFET，我認(rèn)為沒(méi)有理由改變這一點(diǎn)，何況我們還將繼續(xù)改進(jìn)平面SiC MOSFET�？蛻舨粦�(yīng)該關(guān)心它是平面MOSFET還是溝槽MOSFET，重要的是特定導(dǎo)通電阻。事實(shí)上，我們也不在乎哪種技術(shù)路線，我們只關(guān)注哪種設(shè)計(jì)能給客戶帶來(lái)*的利益。”

　　簡(jiǎn)而言之，平面結(jié)構(gòu)還有深挖的空間，做好可靠性，也一樣有市場(chǎng)。

　　富士電機(jī)：全SiC溝槽MOSFET

　　早在2016年，富士電機(jī)就開(kāi)發(fā)了用于全SiC模塊的1200V SiC溝槽MOSFET，實(shí)現(xiàn)了3.5mΩcm2的低比電阻，閾值電壓為5V，同時(shí)保持用于打開(kāi)和關(guān)閉電流的“通道”的高可靠性。

　　由此，與以前的平面結(jié)構(gòu)相比，成功地將電阻率降低了50%以上。此外，富士電機(jī)還開(kāi)發(fā)了一種采用獨(dú)特引腳連接結(jié)構(gòu)的高電流密度專用SiC模塊，充分發(fā)揮了SiC器件的優(yōu)點(diǎn)。富士電機(jī)已經(jīng)使用該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了All-SiC模塊。

　　日本住友：V形溝槽

　　2016年，住友公司研制出具有厚底部氧化層的V型溝槽SiC MOSFET器件樣品，進(jìn)一步提高了器件的柵氧可靠性和閾值穩(wěn)定性。

　　住友電工的SiC VMOSFET橫截面圖

　　(圖源：住友電工)

　　住友電工利用獨(dú)特的晶面新開(kāi)發(fā)了V形槽溝槽MOSFET。V-MOSFET具有高效率、高阻斷電壓、惡劣環(huán)境下的高穩(wěn)定性等優(yōu)越特性，實(shí)現(xiàn)了大電流(單芯片200A)，適用于EV和HEV。此外，住友電工正在與國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所合作開(kāi)發(fā)具有世界*導(dǎo)通電阻的下一代 V-MOSFET。

　　日本電裝：U形溝槽

　　2023年3月，電裝(DENSO)宣布已開(kāi)發(fā)出*采用SiC半導(dǎo)體的逆變器。

　　其中，電裝獨(dú)特的溝槽型MOS結(jié)構(gòu)采用其專利電場(chǎng)緩和技術(shù)的溝槽柵極半導(dǎo)體器件，提高了每個(gè)芯片的輸出，因?yàn)樗鼈儨p少了由發(fā)熱引起的功率損耗，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高電壓和低導(dǎo)通電阻操作。

　　電裝的溝槽柵結(jié)構(gòu)(圖源：電裝)

　　有資料顯示，電裝類(lèi)似于住友的溝槽結(jié)構(gòu)，只是改為了U形溝槽。

　　圖源：松哥電源

　　Qorvo：高密度溝槽SiC JFET結(jié)構(gòu)

　　Qorvo的SiC技術(shù)主要來(lái)源于2021年收購(gòu)的UnitedSiC，如今SiC也是Qorvo未來(lái)發(fā)展的重中之重。

　　據(jù)了解，不同于傳統(tǒng)的SiC MOSFET設(shè)計(jì)，Qorvo另辟新徑，其SiC MOSFET采用了高密度溝槽 SiC JFET結(jié)構(gòu)，SiC MOSFET中的溝道電阻Rchannel被SiC FET中低壓硅MOSFET的電阻所取代，后者的反轉(zhuǎn)層電子遷移率要好得多，實(shí)現(xiàn)了超低單位面積導(dǎo)通電阻，因此損耗也更低。該結(jié)構(gòu)與低電壓 Si MOSFET 共同封裝，SiC FET的晶粒面積也相對(duì)較小。

　　SiC MOSFET(左)和 Qorvo的SiC FET(右)架構(gòu)對(duì)比(圖源：Qorvo)

　　Qorvo擴(kuò)充了其1200V產(chǎn)品系列，將其突破性的第四代SiC FET技術(shù)推廣到電壓更高的應(yīng)用中，產(chǎn)品規(guī)格從23mΩ-70mΩ，瞄準(zhǔn)800V電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器(OBC)和直流轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用市場(chǎng)。

　　瑞薩電子：變異雙級(jí)溝槽MOSFET

　　據(jù)了解，瑞薩電子在2023年剛申請(qǐng)了專利，準(zhǔn)備研究碳化硅溝槽結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱"周期性連接，變異雙級(jí)溝槽MOSFET”。

　　圖源：碳化硅芯片學(xué)習(xí)筆記

　　寫(xiě)在最后

　　總而言之，提高SiC MOSFET性能的幾個(gè)重要指標(biāo)，包括更小的元胞間距、更低的比導(dǎo)通阻、更低的開(kāi)關(guān)損耗、更好的柵氧保護(hù)，幾乎都指向了溝槽柵結(jié)構(gòu)。

　　從行業(yè)整體來(lái)看，目前量產(chǎn)溝槽型SiC MOSFET的主要是歐美日等國(guó)際SiC廠商。從國(guó)際廠商的布局來(lái)看，溝槽柵SiC MOSFET會(huì)是未來(lái)更具競(jìng)爭(zhēng)力的方案。

　　從2015年*款量產(chǎn)溝槽柵SiC MOSFET產(chǎn)品推出到現(xiàn)在過(guò)去了近9年時(shí)間，眾多企業(yè)都在開(kāi)發(fā)溝槽柵產(chǎn)品，但目前市面上能夠推出量產(chǎn)產(chǎn)品的廠商并不算多。

　　當(dāng)然，設(shè)計(jì)、制造高性能的溝槽柵SiC MOSFET也是國(guó)內(nèi)SiC功率器件發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，部分企業(yè)已將研究的重心轉(zhuǎn)移至溝槽柵SiC MOSFET。但需要注意的是，國(guó)際SiC巨頭在SiC MOSFET領(lǐng)域布局多年，積累了不少專利。溝槽結(jié)構(gòu)的高專利壁壘也是國(guó)產(chǎn)廠商要邁過(guò)去的坎兒。

　　根據(jù)“碳化硅芯片學(xué)習(xí)筆記”作者的說(shuō)法：“溝槽SiC MOSFET成套工藝及結(jié)構(gòu)IP，是未來(lái)十年碳化硅競(jìng)爭(zhēng)的入場(chǎng)券!”在目前整體SiC市場(chǎng)持續(xù)高速增長(zhǎng)的時(shí)期，提前布局合適的技術(shù)路線，才有機(jī)會(huì)在未來(lái)新的應(yīng)用市場(chǎng)上占得先機(jī)。

　　參考資料：

　　[1]2023溝槽大年總結(jié) — 13家碳化硅公司的溝槽MOSFET發(fā)展roadmap

　　[2] 平面型 OR 溝槽型，行業(yè)誰(shuí)具有話語(yǔ)權(quán)?碳化硅(SiC)MOSFET的未來(lái)發(fā)展方向

　　[3] 西線無(wú)戰(zhàn)事，碳化硅五巨頭的硝煙