SiC MOSFET
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-06
SiC MOSFET的實例教程
▲ 2016年，富士電機開發了溝槽結構SiC MOSFET，閾值電壓5 V，導通電阻3.5mΩcm2。
▲ 2018年12月，住友電工已經開發出SiC VMOSFET，實現了1170V/0.63mΩcm2的低導通態電阻。
▲ 2019年9月，三菱電機宣布開發出溝槽型SiC MOSFET，導通電阻1.84mΩcm2，擊穿電壓超過1500V。
▲ 2020年12月10日，電裝宣布開始批量生產SiC溝槽MOSFET。
● 博世
博世汽車電子高級副總裁 Ralf Bornefeld表示，十多年前，他們就將目光投向了具有垂直架構的SiC溝槽MOSFET，開發了一種稱為博世工藝的高縱橫比等離子蝕刻工藝，以在晶圓上形成深而陡峭的孔和溝槽。
● 日立
2021年4月，日立發布了一款號稱“業界最節能”的TED-MOS溝槽結構的SiC MOSFET 。
● 西安交通大學
2021年12月，我國國產SiC MOSFET技術獲得新突破——溝道遷移率提升近200%。西安交通大學聯合西安電子科技大學的共同研究成果，不僅實現了高質量的SiO2/SiC界面、高的溝道遷移率和介電可靠性，更令人鼓舞的是，他們所提出的高效低溫退火工藝與標準SiC MOSFET 制造工藝兼容，為制備高性能SiC MOSFET器件提供了新的有效方法，方便用于商用器件的制備。
● 日本京都大學
2021年10月，日本京都大學官網宣布，他們成功開發一款溝槽型SiC MOSFET原型，通過獨特的方法降低SiC的缺陷，晶體管性能提高了6倍以上。
由于溝道遷移率提高了6至80倍，因此600 V SiC-MOSFET的溝道電阻僅為現有產品的1/6以下。
展開 圖3 US5506421A（功率MOSFET在碳化硅）
到了2011年， Cree推出了市場上第一個SiC功率MOSFET，即CMF20120D器件。CMF20120D是垂直N溝道增強型SiC MOSFET。圖4顯示了CMF20120D器件中的平面晶體管柵極的橫截面SEM顯微照片。在此SEM顯微照片中描繪了N +源和P型身體植入物。
圖4 Cree CMF20120D碳化硅平面MOSFET橫截面
自2010年以來，碳化硅功率MOSFET市場顯著擴大，現在每年超過2億美元。隨著SiC在汽車、光伏、鐵路等多個市場取代硅技術，許多新的參與者已經進入市場，有望實現兩位數的復合年增長率。通常，SiC 功率MOSFET的工作電壓為1200或1700 V，旨在取代IGBT技術。最近發布了650 V SiC MOSFET器件，其目標可能是與硅超級結和基于GaN的技術競爭。
看來Cree仍繼續專注于平面SiC MOSFET技術。但是，包括英飛凌和羅姆在內的其他廠商在采用溝槽或UMOS技術。相比之下，意法半導體（STMicroelectronics）也專注于平面SiC MOSFET技術。圖5顯示了在羅姆 SCT3022AL 650 V SiCN溝道MOSFET 上發現的溝槽柵極的橫截面SEM顯微照片。
圖5與US5506421A的權利要求1的比較表明，羅姆 SCT3022AL使用了John Palmour精溝槽SiC MOSFET專利中的許多功能。例如，SEM圖像顯示溝槽，絕緣層和柵電極的存在。
圖5 Rohm SCT3022AL 650 V SiC MOSFET橫截面
碳化硅是一種顛覆性的技術，隨著在各種關鍵電力電子市場上它正在取代硅基技術的地位，正開始受到市場的關注。。
展開 2020年東芝電子開發了新的SiC MOSFET結構，將可靠性提升了
10倍
。
昨天
，
東芝官網宣布，他們對該
結構進行
改良，
開發了3.3kV的SiC MOSFET。
據介紹，在不犧牲可靠性的同時，又將電流增加了1倍，將導通電阻降低了20%。該器件的樣品已于今年5月發貨。
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SiC MOSFET新結構
可靠性提升10倍
2020年7月，東芝宣布推出一種新的器件結構，將SiC MOSFET可靠性提高10倍以上。
碳化硅
可
廣泛應用
太陽能
光伏
和
工業
電源等
領域，但
目前
有2個“攔路虎”
——除了需要降低成本外，還需提高碳化硅器件的
可靠性。
據東芝解釋，當源漏之間的PN二極管通電時，會使SiC MOSFET帶電，造成導通電阻產生變動，進而有損于器件的可靠性。
為此，東芝開發了一種SBD嵌入式MOSFET結構，可在抑制導通電阻增大的同時，提升器件可靠性。
2
020年8月，東芝利用這項新技術量產了1.2kV的SiC MOSFET。
圖1：SBD嵌入式SiC MOSFET截面結構
據介紹，該結構中有一個與電池單元內的PN結二極管平行設置的SBD，可防止PN結二極管帶電。相較于PN結二極管，內嵌SBD結構的通態電壓更低，因此電流會通過內嵌SBD，進而抑制導通電阻變化和MOSFET可靠性下降等問題。
展開 圖3 US5506421A（功率MOSFET在碳化硅）
到了2011年， Cree推出了市場上第一個SiC功率MOSFET，即CMF20120D器件。CMF20120D是垂直N溝道增強型SiC MOSFET。圖4顯示了CMF20120D器件中的平面晶體管柵極的橫截面SEM顯微照片。在此SEM顯微照片中描繪了N +源和P型身體植入物。
圖4 Cree CMF20120D碳化硅平面MOSFET橫截面
自2010年以來，碳化硅功率MOSFET市場顯著擴大，現在每年超過2億美元。隨著SiC在汽車、光伏、鐵路等多個市場取代硅技術，許多新的參與者已經進入市場，有望實現兩位數的復合年增長率。通常，SiC 功率MOSFET的工作電壓為1200或1700 V，旨在取代IGBT技術。最近發布了650 V SiC MOSFET器件，其目標可能是與硅超級結和基于GaN的技術競爭。
看來Cree仍繼續專注于平面SiC MOSFET技術。但是，包括英飛凌和羅姆在內的其他廠商在采用溝槽或UMOS技術。相比之下，意法半導體（STMicroelectronics）也專注于平面SiC MOSFET技術。圖5顯示了在羅姆 SCT3022AL 650 V SiCN溝道MOSFET 上發現的溝槽柵極的橫截面SEM顯微照片。
圖5與US5506421A的權利要求1的比較表明，羅姆 SCT3022AL使用了John Palmour精溝槽SiC MOSFET專利中的許多功能。例如，SEM圖像顯示溝槽，絕緣層和柵電極的存在。
圖5 Rohm SCT3022AL 650 V SiC MOSFET橫截面
碳化硅是一種顛覆性的技術，隨著在各種關鍵電力電子市場上它正在取代硅基技術的地位，正開始受到市場的關注。。
展開 4月21日，YES Power Technix宣布與韓國電子技術研究院（KERI）達成技術轉讓協議，將耗資
20億韓元（約1163萬人民幣），
獲取
KERI的SiC MOSFET（
溝槽結構
）技術。
Yes Power公司 CTO Eun-ikik Jeong說：
“采用轉讓技術的溝槽mosfet產品將在今年推出，并向電動汽車和家用電器客戶進行展示。
”
據介紹，KERI為Yes Power提供了一套全面的技術包，其中包括用于產品商業化的各種測量和分析技術，以及用于開發“溝槽結構SiC MOSFET”的原始技術。從設備購買到大規模生產線建設，KERI將提供全程幫助。
2014年就轉讓SiC技術
檢測設備比日本便宜一半
這次轉讓公告提到了
2個關鍵信息，一是KERI的SiC MOSFET，二是相關檢測分析技術。
2014年6月，KERI曾介紹了他們開發的1200V/40A高壓SiC MOSFET器件，其中提到，最大擊穿電壓超1700V，導通電阻特性小于
55mΩ㎝2
，電流密度為
187A /㎝2
。
獲取相關PDF，請發送私信“韓國”，或添加助手微信（hagnjiashuo666）。
當時，
KERI就表示，已經將碳化硅
設計和制造技術轉讓給半導體公司
，
我們
猜測就是轉讓給
YES POWER
。
檢測技術方面，今年3月，KERI宣布，他們已經開發了一種劃時代的技術，可以在早期階段分析和評估碳化硅材料中的缺陷。
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SiC MOSFET的最新內容
ST率先推出了汽車級SiC MOSFET，并提供了STPOWER? SiC器件，該器件已經為目前上路行駛的500多萬輛乘用車提供動力。Ansys仿真技術可支持ST對影響最終電動汽車應用性能、魯棒性和可靠性的各個方面進行評估。此外，其還通過幫助提高工業電源和可持續能源應用的效率、性能和可靠性，助力支持ST第三代碳化硅MOSFET在其他市場取得成功。
DC-AC逆變器包含有絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）或碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管（SiC MOSFET）功率器件，這些器件通過印刷電路板（PCB）或功率母排相連。這些電源半導體器件可作為高速開關，“開”“關”電機的大電流和高電壓，以模擬正弦電流波形。
DC-DC轉換器：DC-DC轉換器可調節電池的高壓DC輸出，提供為照明、娛樂系統或空調等輔助系統供電所需的低壓DC電源。
產品創新始于流程創新
Victory及其團隊與Ansys合作開發了一種新方法，用于自動執行和加速驗證onsemi SiC MOSFET工業功率模塊的多保真度熱建模（MFIT）流程。
在功率循環測試方面，設備可對 IGBT、SiC MOSFET、GaN 等器件施加 0-6000A 寬范圍周期性電流負載，模擬從常溫到 200℃的極端工況，支持恒定電流、結溫差（ΔTj）、殼溫差（ΔTc）等多種循環模式，精準復現新能源汽車電機控制器、風電變流器等場景的高頻開關應力。
wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p><br></p><p><strong>逆變器驗證模型</strong></p><p><br></p><p>輸入: DC 700V， 輸出：50kVA， 逆變器采用SiC-MOSFET技術，采用風扇和散熱片冷卻</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/x0yLiaf5fF6zUKZ6L2vjBdwSN85joBDiahCwAd7KyZHcZ9bibb7urLk5pFXoRcMkHicYTR0AkQwfEczN0STiaGKBngg
瑞森半導體提供主流的儲能變流器功率器件解決方案， 根據電壓等級不高，可以使用分立器件，如超級結 MOSFET 、SiC MOSFET 和 IGBT 單管。
但近期全球汽車市場卻用實際行動表達了對SiC的支持，如全球第四大汽車集團Stellantis近期宣布，已與多家供應商簽訂包括SiC在內的半導體合作協議，總價值超80億元；博格華納向安森美SiC產品下定金額超72億元；瑞薩電子也與Wolfspeed簽署了一份為期10年的碳化硅晶圓供應協議……
從行業趨勢看，SiC上車將不減反增，日前媒體報道，中國電科SiC MOSFET累計出貨量突破1200
各電力電子裝置，按照功能不同可以劃分為直流/直流變換器、交流/直流充電器、直流/交流逆變器和電動輔助變換器等，如圖所示:
純電/混動汽車內部的電力電子裝置框圖
（1）直流/直流升壓和降壓變換器，如DCDC、BOOST等，用于將高壓電池的直流電降壓為低壓直流電或者將一種高壓電源變換為另一種高壓電源，功率器件主要應用為高壓大電流的Si/SiC MOSFET、IGBT、GaN等。
主控單元，采用的是ST針對下一代域控架構設計的，28nm的高性能功能安全MCU，資源豐富，算力雄厚，安全可靠；該芯片也應用了新的PCM存儲技術（臺積電的應該是RRAM）
除了MCU，域控需要的外圍核心模擬器件也是很齊全，這些都是車規的，需要滿足功能安全的；
ASIL-D SBC：SPSB100
SiC
但針對市場規模最大的、投資者更看重的主逆變器領域，由于主逆變器關系到整車和人員的安全，對SiC MOSFET的性能、可靠性要求極高，國產SiC MOSFET還處于早期階段，短時間內難以看到搭載國產SiC MOSFET的電動汽車上路。
因為汽車對碳化硅材料有非常高的可靠性要求，國內很多材料還在驗證中，能滿足車規級要求的占比不高。
