在當(dāng)今的能源變革浪潮中，無論是可再生能源領(lǐng)域還是電動汽車市場，競爭都異常激烈，而碳化硅作為這一變革的關(guān)鍵賦能材料，正經(jīng)歷著前所未有的技術(shù)革新與價(jià)格戰(zhàn)。特別是在功率器件領(lǐng)域，碳化硅不僅占據(jù)了汽車和逆變器BOM的重要位置，還直接影響著系統(tǒng)的效率與安全性能，因此，選擇合適的碳化硅材料成為了功率系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心環(huán)節(jié)。
然而，據(jù)英飛凌科技副總裁、工業(yè)與基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)大中華區(qū)市場負(fù)責(zé)人沈璐透露，許多工程師在碳化硅材料的選擇上仍面臨諸多困惑與誤區(qū)。在英飛凌碳化硅媒體發(fā)布會上，沈璐與英飛凌科技高級技術(shù)總監(jiān)、工業(yè)與基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)大中華區(qū)技術(shù)負(fù)責(zé)人陳立烽，以英飛凌新一代CoolSiCTM MOSFET為例，深入探討了溝槽碳化硅的誤解、碳化硅選型的方法論以及新一代產(chǎn)品的特點(diǎn)。
今年，各大碳化硅廠商紛紛推出了新產(chǎn)品，市場競爭愈發(fā)激烈。3月，英飛凌發(fā)布了基于溝槽柵技術(shù)的新一代CoolSiCTM MOSFET；7月，安森美推出了EliteSiC M3e MOSFET平臺；9月，意法半導(dǎo)體則發(fā)布了針對電動汽車電驅(qū)系統(tǒng)優(yōu)化的第四代碳化硅功率技術(shù)；羅姆也計(jì)劃在2025年推出第五代產(chǎn)品。2024年無疑是碳化硅新品爆發(fā)的一年，供應(yīng)商們不僅加強(qiáng)與客戶的溝通，還通過各種渠道大力宣傳其最新的碳化硅技術(shù)。
隨著市場競爭的加劇，終端廠商的創(chuàng)新變得愈發(fā)重要。工程師們渴望從底層了解產(chǎn)品特性，選擇最適合自己系統(tǒng)的產(chǎn)品，而不僅僅是依賴廠商的推薦。同時(shí)，他們也需要掌握產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展路線圖，為未來的產(chǎn)品規(guī)劃提供有力支持。這一趨勢不僅在電動汽車市場顯著，在其他行業(yè)也同樣如此。
在碳化硅的選擇中，一個常見的誤區(qū)是關(guān)于溝槽柵架構(gòu)的可靠性。工程師們常質(zhì)疑，由于溝槽柵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其可靠性是否足夠。然而，沈璐指出，英飛凌的碳化硅功率開關(guān)從未在客戶方面引發(fā)任何嚴(yán)重故障，其退貨率甚至低于硅基功率開關(guān)。她強(qiáng)調(diào)，半導(dǎo)體功率市場始終追求尺寸和功率密度的最大化，因此，溝槽柵技術(shù)因其能節(jié)省30%的面積和降低電阻，成為了必然趨勢。目前，英飛凌、羅姆等公司已采用該技術(shù)，安森美也即將跟進(jìn)，這充分證明了溝槽柵的市場認(rèn)可度。
關(guān)于可靠性，沈璐進(jìn)一步解釋，柵極氧化層是決定可靠性的關(guān)鍵因素。她形象地比喻說，電子如同汽車，柵極氧化層如同公路。在硅基上制作柵極氧化層如同在平坦的道路上行駛，而在碳化硅上則如同在崎嶇的鄉(xiāng)村小路上行駛，缺陷眾多，壽命自然大打折扣。英飛凌通過提高電氣篩選標(biāo)準(zhǔn)，篩選出更低缺陷度、更高可靠性的產(chǎn)品。
陳立烽也指出，英飛凌的垂直溝槽技術(shù)能夠平衡低界面密度與氧化層厚度之間的矛盾，提升載流子的遷移率。其深P+阱結(jié)構(gòu)在溝槽拐角處形成高電場，增強(qiáng)了器件氧化層厚度及可靠性。與其他垂直柵技術(shù)相比，英飛凌的氧化層拐角處提供了雙重氧化層保護(hù)。
在碳化硅選型方面，沈璐強(qiáng)調(diào)，評判標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)多元化，不僅要考慮導(dǎo)通損耗，還要關(guān)注開關(guān)損耗、雜散電感、封裝熱阻以及魯棒性和可靠性。她指出，對于碳化硅而言，由于開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于IGBT，開關(guān)損耗接近甚至超過導(dǎo)通損耗，因此需要仔細(xì)審視最佳優(yōu)值（FoM）。
陳立烽表示，針對不同應(yīng)用，系統(tǒng)的FoM需要考慮的點(diǎn)并不相同。在硬開關(guān)拓?fù)渲?，需要考慮Rdson*Qgd；在軟開關(guān)拓?fù)渲?，Rdson*Qoss更重要；而在輕載模式下，則需要平衡導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，此時(shí)Rdson*Eoss更為重要。英飛凌新一代CoolSiCTM MOSFET在所有方面都取得了進(jìn)步，性能優(yōu)于友商產(chǎn)品。
英飛凌的.XT擴(kuò)散焊技術(shù)也值得一提。該技術(shù)通過原子間的相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)焊接，使芯片與載體之間的結(jié)合變得非常緊密，顯著提升了焊接的可靠性和器件的應(yīng)力抗性。同時(shí)，緊密的連接也提升了芯片的散熱效果，降低了熱阻，進(jìn)而降低了結(jié)溫或提升了器件的輸出功率及可靠性。陳立烽以某款器件為例，采用.XT封裝技術(shù)后，輸出功率提升了約10%到20%。
英飛凌作為碳化硅創(chuàng)新的先驅(qū)，自1992年便開始了碳化硅的研發(fā)，其技術(shù)和產(chǎn)品幾乎年年都有創(chuàng)新，且大多具有市場引領(lǐng)性。從世界上第一個商用碳化硅二極管到溝槽柵技術(shù)的CoolSiCTM MOSFET產(chǎn)品系列，再到3.3kV的XHPTM 2 CoolSiCTM MOSFET半橋模塊等，英飛凌始終走在碳化硅技術(shù)的前沿。
