SiC MOSFET的案例
又有車規級溝槽型SiC MOSFET
▲ 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 用于取代IGBT的碳化硅（SiC）MOSFET
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 SiC MOSFET新結構：可靠性提升10倍，電流增加100%
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 智芯研報 | 用于取代IGBT的碳化硅（SiC）MOSFET 發展回顧（附產業地圖）
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 
花1100+萬轉讓技術，汽車級SiC MOSFET新玩家來了！
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。
展開 從原理到實例：詳解SiC MOSFET是如何提高電源轉換效率的？
為使損耗最小，SiC器件需要的正偏柵極驅動 (+20V) 一般比硅基MOSFET高。SiC器件可能還需要-2至-6V的負OFF柵極電壓。所需柵極電流根據柵極電荷(Qg)、VDD、漏極電流ID、柵源電壓和柵極電阻進行常規計算來確定，典型值約為幾安培。該電流必須具有足夠的灌電流和拉電流額定值，其壓擺率須與SiC FET的開關速度相稱。
對電路板和器件的寄生效應（包括雜散電感和電容）進行建模并使之最小化，以免在器件的較高開關速度下，這些寄生效應引起振蕩、電壓/電流過沖和誤觸發。硅MOSFET有一個較小的“尾”電流，充當阻尼器或緩沖器，可在某種程度上減少過沖和瞬時振蕩。SiC MOSFET沒有這種尾電流，因此漏極電壓過沖和瞬時振蕩可能較高并造成問題。要減少這些寄生效應，需要特別注意電路布局問題，盡量縮短導線長度，并將驅動器放置在盡可能靠近其功率器件的地方。即使幾厘米長也可能很重要，因為當SiC FET以較高開關速度工作時，這些雜散電感和電容的影響更為顯著。減小瞬時振蕩還有一個好處，那就是能夠減少與器件的驅動側和負載側的高速開關相關的EMI的產生。
盡管驅動SiC MOSFET會涉及其他問題，但許多供應商為此設計了標準IC，其特性可滿足SiC器件的特定需求。請注意，在許多設計中，柵極驅動器和SiC FET必須與低壓電路進行電隔離。這樣可以通過光學、脈沖變壓器或容性隔離技術并利用標準元器件來實現。隔離首先是為了安全，防止用戶在電路故障時受到高壓侵害。
展開 又一企業融資近千萬，SiC MOSFET比肩Cree？
今天（5月8日），據矽能科技官網消息，其在孵企業蓉矽半導體最近獲得了800萬元天使輪融資，融資后已經完成了SiC MOSFET的工程批投片，性能和可靠性將達到Cree同等水平。
據介紹，蓉矽是成都的碳化硅器件設計企業，成立于2019年12月，擁有13項設計與制程方面的專利，8項發明。
2021年2月2日，魯信創投旗下基金完成對成都蓉矽半導體有限公司的投資，持有蓉矽半導體16.67%的股權。目前蓉矽的股權結構如下：
據了解，2020年10月，蓉矽完成了1200V/20A規格的SiC MPS的第一次工程批流片實驗，并在初次流片中取得95%的綜合良率。
在本輪融資完成后，蓉矽已經開展了1200V/80mΩSiC MOSFET的工程批投片，據介紹，“本次設計投片的MOSFET將達到和Cree同等水平的性能和可靠性，而SiC 1700V、3300V SiC二極管與MOSFET器件將在后續展開研發”。
據蓉矽半導體創始人戴茂州介紹，蓉矽的研發主要集中在SiC基的SBD與MOSFET兩類的產品，其中SiC SBD的1200V/20A產品已基本具備量產能力，其動靜態參數與國外同類產品相當，接下來按照汽車電子級可靠性驗證標準AEC-Q1O1進行試驗驗證后，產品將可以應用在工業電源、新能源汽車及充電樁等領域。
戴茂州（右）
目前，該公司已經完成對標國際的1200V、20A/40A碳化硅二極管設計與流片，已進入量產驗證階段。同時使用Gen 3溝槽式工藝制作，耐壓達1200V、最大通過電流20A以上的MOSFET器件也已設計與驗證完成。
此外，蓉矽也已開發完成第六代FS-Trench、1200V的IGBT產品。蓉矽將會有單管及模塊兩大系列產品線，并針對確認的市場需求開發650V/1200V不同電流的客規產品。
展開 這款SiC MOS為何這么強？
第4代SiC MOSFET：
汽車電耗最高可降10% 電池成本可省4200元
車企之所以重視
羅姆的SiC MOSFET技術
，是因為他們在SiC器件技術的開發方面，一直保持先進地位。
2004年，羅姆就成功開發了SiC MOSFET原型，2010年在全球率先開始量產SiC MOSFET，2015年再一次在全球率先開始量產
溝槽柵SiC MOSFET
（第3代）。
此后，羅姆的溝槽柵SiC MOSFET技術繼續不斷精進，并于2020年完成開發第4代SiC MOSFET。據羅姆公司透露，2020年6月，“
1200V 第4代SiC MOSFET
”一經發布就大受歡迎，獲得了超過30家公司詢價。據“三代半風向”研究了解，羅姆的第4代SiC MOSFET具備3大優勢：
1.與IGBT相比，汽車電耗最高可降10%
通常，為了滿足
更大電流
和
更低導通電阻
的需求，MOSFET存在芯片面積增大、寄生電容增加的趨勢，因而無法充分發揮SiC原有的高速開關特性。
羅姆的第4代SiC MOSFET，通過大幅降低柵漏電容（Cgd），成功使開關損耗比以往產品降低
約50％
。
因此，該產品用于
車載主驅逆變器
時，效率可以得到顯著提升。
與使用IGBT時相比，羅姆的第4代SiC MOSFET可將汽車
綜合電耗減少6
%，而在逆變器的高扭矩和低轉速范圍，這款產品可進一步降低電耗。
根據WLTC國際標準，在市區模式下，與IGBT相比，這款產品可將汽車電耗最高降低
10%
，因此非常有助于延長電動汽車的續航里程，并減少電池使用量，降低電動汽車的成本。
展開 中國SiC，“挖坑”了嗎？
來源：半導體行業觀察
SiC這幾年的發展速度幾乎超出了所有人的意料。最近幾年，在各家SiC廠商的努力下，SiC MOSFET器件已經有了大幅的改進，制造方法和缺陷篩查也有了一定的進步。SiC的商用化和上車之路已經明顯加速。
在SiC MOSFET的技術路線之爭上，一直有平面柵和溝槽柵兩種不同的結構類型。所謂的溝槽柵，可以通俗的理解為在平面的基礎上“挖坑”（如下圖的示意圖比較中可以清晰的看出）。國際SiC廠商們正在通過溝槽柵來更大的發揮SiC的潛力，放眼望去，有的廠商挖一個坑，有的挖兩個坑，還有的是斜著挖，各種技術結構層出不窮，百花齊放，也頗有看點。
平面柵MOSFET、羅姆和英飛凌的SiC MOSFET溝槽設計示意圖
（圖源：TechInsights）
SiC MOSFET：是平面柵還是溝槽柵？
在談SiC MOSFET之前，讓我們先來回顧下硅基MOSFET的發展歷程。在70、80年代，用于大功率的硅MOSFET采用的大都是垂直導電路徑和平面柵型結構，到90年代硅MOSFET轉而開始使用“挖溝槽”來提高效率。現在，在SiC MOSFET中使用溝槽結構由于具有降低導通電阻的效果而備受矚目。那么，SiC MOSFET是該選擇平面柵還是溝槽柵呢？
平面柵結構是行業內應用最早、最廣泛、最可靠的架構。
展開 日立碳化硅目標17.8億元，增長30倍！它憑什么？
▲ 2020年12月10日，電裝宣布開始批量生產SiC溝槽MOSFET。
不過，根據ResearchAndMarkets2019年的專利報告，電裝在溝槽SiC MOSFET的IP競賽中處于領先地位，遠遠領先于其他企業。但富士電機大量未決專利申請已獲批準，在未來幾年可能會超過電裝。
根據該報告，與平面SiC MOSFET相比，CREE/Wolfspeed在溝槽式SiC MOSFET中的IP相對較少，但該公司擁有多項關鍵專利。
另外，與溝槽SiC MOSFET相關的大部分專利都涉及保護柵極氧化物材料免受柵極某些部分中的電場集中的影響。
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展開 【SiC評測】P02SCT3040KR-EVK-001評估板-驅動電路測試報告
來源 | EEPW論壇
文 | toothless94
今天收到了活動郵寄來的羅姆SiC MOSFET半橋評估板，下圖為外包裝，很大一盒。
第二張圖為開箱后圖片，里面有靜電袋包裝的評估板、4片SiC MOSFET以及紙質說明書一份。
評估板的做工非常棒，驅動電路部分占據了一大部分，由于SiC MOSFET的驅動電壓與Si MOSFET的不同，每個廠家不同型號的SiC MOSFET驅動電壓也有差別，因此該評估板的驅動電壓是在一定范圍可調的。藍色的應該為直流側的濾波電容，從接線端口可以看出，該板子的功率不小。通過查詢網站可以發現，P02SCT3040KR-EVK-001板子的最大支持電壓為800V，并設置有過流保護。
該評估板兼容市面上常見的3引腳和4引腳TO-247封裝的SiC MOSFET。贈送的4只SiC MOSFET分立器件型號為羅姆的SCT3040KR和SCT3040KL，其參數為1200V/55A。
下圖為盒內的紙質說明書，可以從官網下載對應的英文操作手冊。
下圖為3引腳SiC MOSFET的安裝效果，引腳需要適當分開，注意管子的柵極引腳G的序號為1號（正面左數第1）。焊接好兩個SiC MOSFET后，利用該評估板構成的半橋電路就可以方便的進行測試與評估了。
測評開始
感謝ROHM公司提供的P02SCT3040KR-EVK-001評估板，有幸參與評估板的測試。
展開 
碳化硅功率器件的性能分析與多芯片并聯應用研究--碳化硅MOSFET&功率模塊
SiC 功率模塊
SiC MOSFET是最有潛力的碳化硅電力電子器件，以往的研究表明SiC MOSFET在開關電路應用中具有優良的性能，比如耐高溫、開關速度快、工作頻率高等。為了發揮出SiC MOSFET的高性能，器件的外部電路和系統設計提出更多、更高的需求。
在高溫應用中，除SiC MOSFET外，其周邊的其他元器件和封裝材料都需具備耐高溫特性，特別是在電力電子裝置朝高功率密度方向發展的趨勢下，系統熱設計成為和電設計相同重要的內容，同時也增加系統的設計難度和設計成本。
SiC MOSFET開關速度相對硅功率器件要快很多，高速開關使得SiC MOSFET的開關損耗降低，但同時也會增加器件應力，高di/dt在功率回路的寄生電感上產生了高壓降并疊加到器件兩端，在半橋電路應用中高dv/dt還會引起串擾現象，使得本應關斷的器件可能再次開啟，造成開關損耗大大增加甚至導致器件短路，若要安全并高效的利用好SiC MOSFET，需要對功率回路和驅動回路進行更加優化設計。
高頻應用，意味著更高的開關損耗，損耗帶來器件的溫升和整機效率的降低，而減小開關損耗和提高系統散熱能力是主要的解決途徑。
展開 SiC芯片市場將迎來大爆發
Moxey表示說：“GaN和SiC是互補技術，而非競爭技術。”
GaN和SiC器件都比硅快，但也更貴。Yole旗下System Plus Consulting部門設備主管Elena Barbarini表示：“目前，SiC MOSFET器件的每安培成本比同類IGBT高出五倍以上”
2002年，隨著SiC二極管的引入，出現了第一個基于SiC的器件，隨后在2011年推出了SIC功率MOSFET。與功率MOSFET類似，基于SiC的器件是垂直結構。
SiC功率MOSFET是基于SiC的功率開關晶體管。Rohm公司應用工程師Mitch Van Ochten解釋說：“二極管是一種向一個方向傳導電流并在相反方向阻擋電流的器件。”
無論如何，SiC功率半導體正在增長。Applied Materials公司戰略與技術營銷總監Mike Rosa表示：“硅在功率器件中發揮著重要作用。但當你談到更高的功率和更輕的重量時，制造商們關注的卻是像SiC這樣的材料”
基于SiC的器件在晶圓廠中生產，行業持續進行晶圓尺寸的過渡。Rosa表示：“4英寸或6英寸晶圓都可以使用SiC。整個行業都在拼命追逐8英寸晶圓。”
事實上，Cree已經完成從4英寸（100mm）晶圓到6英寸（150mm）晶圓的過渡。Rohm和其他公司正處于過渡階段。200mm晶圓上的SiC在一段時間內不會出現。
通常，當遷移到新的晶圓尺寸時，每個晶圓上的裸片數量將增加2.2倍。更大的晶圓尺寸可以降低整體生產成本。
在數字CMOS領域，芯片制造商幾年前便從4英寸過渡到6英寸。對SiC進行相同的過渡聽起來很簡單，但也存在一些挑戰。
展開 智芯研報 | 碳化硅有望加速進軍軌道交通領域
IGBT通過電導率調制，向漂移層內注入作為少數載流子的空穴，因此導通電阻比MOSFET還要小，但是同時由于少數載流子的積聚，在Turn-off時會產生尾電流，從而造成極大的開關損耗。
SiC器件漂移層的阻抗比Si器件低，不需要進行電導率調制就能夠以MOSFET實現高耐壓和低阻抗。
而且MOSFET原理上不產生尾電流，所以用SiC-MOSFET替代IGBT時，能夠明顯地減少開關損耗，并且實現散熱部件的小型化。
另外，SiC-MOSFET能夠在IGBT不能工作的高頻條件下驅動，從而也可以實現無源器件的小型化。
與600V~900V的Si-MOSFET相比，SiC-MOSFET的優勢在于芯片面積小（可實現小型封裝），而且體二極管的恢復損耗非常小。
主要應用于工業機器電源、高效率功率調節器的逆變器或轉換器中。
▌
2. 標準化導通電阻
SiC的絕緣擊穿場強是Si的10倍，所以能夠以低阻抗、薄厚度的漂移層實現高耐壓。
因此，在相同的耐壓值情況下，SiC可以得到標準化導通電阻（單位面積導通電阻）更低的器件。
例如900V時，SiC-MOSFET的芯片尺寸只需要Si-MOSFET的35分之1、SJ-MOSFET的10分之1，就可以實現相同的導通電阻。
不僅能夠以小封裝實現低導通電阻，而且能夠使門極電荷量Qg、結電容也變小。
展開 臺積電GaN性能提升50%；斯達SiC項目結頂...
為了生產高度可靠的 E0 系列 SiC MOSFET 功率模塊，利普思使用了高級 Si3N4 AMB 基板，該基板結合了最佳的機械穩健性和出色的散熱性能，具有極高的功率密度。與競爭對手不同，E0 模塊采用環氧樹脂而不是硅樹脂，可實現 3 倍甚至更高的功率和熱循環特性。
此外，所有 E0 SiC 模塊均提供同類最佳的低開關損耗。
三社電機：
開始銷售1200V耐壓SiC MOSFET
4 月 12 日，三社電機宣布，從 2022 年 4 月開始銷售電流容量為50A 的 SiC MOSFET。
通過在傳統模塊產品（150A、100A）的基礎上增加50A分立產品，
能夠
滿足廣泛的客戶需求。
該產品搭載內置續流二極管功能的SiC MOSFET芯片，可減少不必要的電感，并采用發揮SiC MOSFET性能的4引腳結構，實現高速開關和低損耗。
氮化鎵
臺積電第二代氮化鎵性能提升50%
4月15日，臺積電發布了2021年財報，其中提到了氮化鎵研發情況。
據報告，臺積電的硅基氮化鎵Gen-1 技術平臺于 2021 年進一步增強，以支持客戶的各種市場應用。目前Gen-2 技術正在開發中，計劃于 2022 年完成。
2021年，臺積電通過了第一代650V增強型GaN高電子遷移率晶體管（E-HEMT）的改進版本，并開始滿負荷量產，并被用于130多個適配器。
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