SiC MOS的案例
SiC MOS量產！6英寸、1200V
前幾天，TRinno計劃投資4.7億在韓國建碳化硅項目；而昨天，恒諾微電子（HANA）宣布其6寸線正式量產1200V SiC MOSFET，還獲得了中國、韓國、日本汽車等企業訂單。
Power Master：
6寸線量產1200V SiC MOS
3月30日，韓國
Power Master S
emiconductor
宣布
，
推出
韓國境內首
顆
1200V SiC MOSFET
；更重要的是，該產品將在其清州
6英寸碳化硅生產線
上
量產
。
Power Master Semiconductor 將 1200V SiC MOSFET 商業化
P
MS表示，此次推出的SiC MOSFET產品是
工業應用
版本，例如太陽能
逆變器
、電動汽車
充電器
和
不間斷電源
設備
等；
下半年，他們還將發布專門針對
電動汽車驅動逆變器
的版本。
據悉，PMS是由泰企恒諾微電子（HANA）2018年
全資
成立的韓國公司，由HANA
1
00%控股，
目前已建成韓國
唯一
的硅8英寸和
碳化硅6英寸
功率半導體晶圓廠，2021年在韓國首次發布了
碳化硅MPS二極管
。
據悉，2021年10月，HANA宣布，它將以PMS公司的名義在韓國再建一家工廠，投資預算約為 20 億泰銖（
約3.8億人民幣
），預計2022年底完工，其碳化硅產品預計于
2023 年初
量產。
展開 智芯研報 | 汽車電動化驅動SiC市場規模增長
◆ 空間&增速：SIC 器件未來 5-10 年復合 40%增長
IHS預計未來5-10年SIC器件復合增速40%：根據IHSMarkit數據，2018年碳化硅功率器件市場規模約3.9億美元，受新能源汽車龐大需求的驅動，以及光伏風電和充電樁等領域對于效率和功耗要求提升，預計到2027年碳化硅功率器件的市場規模將超過100億美元，18-27年9年的復合增速接近40%。
滲透率角度測算 SIC MOS 器件市場空間：（SIC MOS 只是 SIC 器件的一種） SIC MOS 器件的下游和 IGBT 重合度較大，因此，驅動 IGBT 行業空間高成長驅動因素如車載、充電樁、工控、光伏風電以及家電市場，也都是 SIC MOS 功率器件將來要涉足的領域；根據我們之前系列行業報告的大致測算，2019 年 IGBT 全球 58 億美金，中國22億美金空間，在車載和充電樁和工控光伏風電等的帶動下，預計 2025 年 IGBT 全球 120 億美金，中國 60 億美金。
SIC MOS器件的滲透率取決于其成本下降和產業鏈成熟的速度，根據英飛凌和國內相關公司調研和產業里的專家的判斷來看，SIC MOS滲透IGBT的拐點可能在2024年附近。
預計2025年全球滲透率25%，則全球有30億美金SIC MOS器件市場，中國按照20%滲透率2025年則有12億美金的SIC MOS空間。
展開 干貨 | 功率器件的dv/dt和di/dt有多大？
通過以上器件開關曲線我們可以得到兩個主要信息：① SiC MOS開關暫態上升時間tr、下降時間tf主要是指電流，為什么沒有給出電壓的上升和下降時間，老耿也不太清楚，有可能是因為兩者都是一個數量級，畢竟這個參數意義也不大，主要用來形容器件速度有多快，有其它見解的小伙伴可以告訴我；② SiC MOS開關暫態電壓、電流變化率的選取時間是電流和電壓幅值的40%-60%，這個相對好理解，主要是因為器件開關暫態是非線性的，選擇變化率最大的一段最能說明問題。
dv/dt，di/dt量化分析
03
了解了SiC MOS的開關暫態參數定義后，讓我們看看SiC MOS的dv/dt和di/dt到底有多大？下面以Cree公司的1200V 300A 模塊為例進行介紹，器件型號為CAS300M12BM2，模塊實物圖和內部電路如下圖：
下圖為25℃的室溫下，SiC MOS在600V母線電壓和300A電流下dv/dt、di/dt與柵極電阻的關系曲線，可以看出隨著器件柵極電阻的增大，其開關暫態的di/dt和dv/dt都會減小，這個也比較好理解，柵極電阻增大，器件的開關速度就會減小。
這里有個知識點需要大家記住，MOS器件門極是直接可以控制電流變化率的，而對于IGBT 門極電阻對關斷電流變化率的影響卻很有限。
展開 功率半導體景氣度調研
SiC MOS，去年Q4開始爆發，一方面成本下降，一方面MOS和IGBT缺貨，現在兩者價差縮小，客戶愿意花大價錢去買SiC MOS，尤其是車規級，未來在能效要求高的行業（服務器、儲能、光伏等），預計能看到需求的提升，現在還受制于產能，短期還是汽車為主。
日立碳化硅目標17.8億元，增長30倍！它憑什么？
而且，日立還指出了其他企業溝槽結構的弱點，“通過仿真研究了其他公司的溝槽型SiC MOS結構，我們發現，如果在允許的范圍內，他們結構在生產上沒有問題，他們的SiC MOS晶體管可以在某些條件下提供性能，但是設計裕度非常窄。”
為了解決這些問題，日立搞出了溝槽蝕刻雙擴散MOS（TED-MOS）結構。
首先，TED-MOS采用新型鰭結構和專有的Hitachi結構（如下圖），該結構在鰭片的側壁上提供電流路徑，從而可以用較小的溝槽間距來減小電阻，并且在3.3 kV的電壓下工作時，電場也較小，解決了電場集中在晶面上的溝槽邊緣的問題。
其次，日立還使用場松弛層（FRL）來降低電場強度，并使用電流擴散層（CSL）來降低n-JFET區域中的電阻，從而可以獲得不易破裂且電流容易流動的結構。
電裝和富士電機的溝槽專利竟然這么強？
據“三代半風向”的不完全統計，目前已經有6家企業量產了溝槽SiC MOSFET。
▲ 2015年，羅姆開始批量生產業界首個溝槽型SiC MOSFET，將導通電阻降低了40％。
▲ 2016年PCIM Asia期間，英飛凌推出1200 V溝槽SiC MOSFET——CoolSiC MOSFET，其導通電阻額定值為45 mΩ。
▲ 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/0.63mΩ?cm2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。
展開 3.3kV SiC MOS也可以代工了
SiC車型或明年推出
SiC SBD/超結MOS在工業電源上的應用-REASUNOS瑞森半導體
wx_fmt=png&from=appmsg&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1" alt="圖片"></p><p><strong style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: inherit;">四、典型應用線路及選型</strong><span style="color: rgb(51, 51, 51);"> </span></p><p class="ql-align-justify">工業電源必須滿足功率因數校正(PFC)等法定要求，同時PFC拓撲對MOS管的要求比較高，在保證系統效率和溫升的條件下，要盡可能的提升系統穩定性用來改善電子或電力設備裝置的功率因素，用于提高配電設備及其配線的利用率,以降低設備的裝置容量；推薦使用<span style="color: rgb(0, 0, 0);">瑞森半導體的</span><strong style="color: rgb(217, 33, 66);">超結MOS系列，</strong>選型表如下：</p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/qqVoyF7rkJ57vky35e99uFp8RbpEd7ZHwmCM228icZicDcbcliaMibKTnH1JCnPEzrVJmG9OWh4aKGmbkgrfyoWDlg/640?
展開 這款SiC MOS為何這么強？
隨著
羅姆半導體
的
SiC技術“上車”
速度越來越快，他們將產能擴大了
5倍
，2021年5月還提出了一個“大目標”——獲得
全球30%SiC市場
。
溝槽柵SiC MOSFET是羅姆實現這一目標的“殺手锏”之一，尤其是其第4代SiC MOSFET。
據透露，該產品在2020年完成開發，就已有超過30家公司詢價。近日在其官網上已發布了具體的產品陣容。
今天，我們就跟大家剖析一下，羅姆的第4代SiC MOSFET有哪些過人之處
2021年8月 吉利汽車集團與羅姆半導體集團締結以碳化硅為核心的戰略合作伙伴關系
羅姆SiC火力全開
獲吉利、緯湃等眾多車企青睞
1月10日，緯湃科技宣布，他們的
800V SiC逆變器
獲得了北美某汽車制造商的大訂單，訂單價值超
過72億
元人民幣。
“三代半風向”了解發現，緯湃的SiC技術首選供應商是
羅姆
。
根據緯湃2020年6月的公告，他們將與羅姆合作開發
800V和400V
SiC 逆變器解決方案，并計劃于2025 年開始生產
第一臺SiC逆變器
。
事實上，羅姆的SiC技術已經在
新能源汽車領域
“火力全開”。據了解，目前包括吉利以及北美某汽車制造商在內的眾多車企都已經采用了羅姆的SiC
器件
或SiC
襯底
。
展開 半導體碳化硅（SiC）行業研究：打開新能源汽車百億市場空間
隨著各大車企相繼推出 800V 電壓平臺，為滿足大電流、高電壓的 需求，電機控制器的主驅逆變器將不可避免的由硅基 IGBT 替換為 SiC-MOS，帶來巨 大增長空間。
電機控制器中功率模塊占整車成本 8%。電機控制器在新能車成本中占比 20%，是除電池外占比最大的一個部件，負責把動力電池輸出的高壓直流電轉換成 頻率和電流可變的三相交流電，給驅動電機供電，改變電機的轉速和扭矩，同時在 能量回收時把電機的三相交流電整流成直流電給動力電池充電。而功率模塊占其成 本 41%，折合占整車成本 8%。
使用碳化硅器件能帶來好處:
1) 提升加速度。碳化硅器件的使用能讓驅動電機在低轉速時承受更大輸入功率， 且因其高熱性能，不怕電流過大導致的熱效應和功率損耗。在車輛起步時，驅 動電機能夠輸出更大扭矩，獲得更強的加速能力。
2) 增加續航里程。SiC 器件可以通過導通/開關兩個維度降低損耗，從而實現增加 電動車續航里程的目的。結合英飛凌的研究數據，在 25°C結溫下，SiC-MOS 關 斷損耗大約是 Si-IGBT 的 20%;在 175°C的結溫下，SiC-MOS 關斷損耗僅為 Si- IGBT 的 10%。綜合來說，新能源車使用 SiC 器件能夠增加 5-10%續航里程。
3) 實現輕量化。得益于 SiC 的優越性能，SiC 器件可在以下方面可達到縮小體積的 效果:1)封裝尺寸更小、2)減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等 的使用、3)減少散熱器體積、4)同樣續航范圍內，可以減少電池容量。以羅 姆公司設計的 SiC 逆變器為例，使用全 SiC 模組后，主逆變器尺寸降低 43%，重 量降低 6kg。
4) 降低系統成本。
展開 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 關注 | 第三代半導體材料4H-SiC將帶來革命性的變化
MOS電容高溫測試結果
(a) 高溫存儲過程中，4H-SiC MOS 電容在頻率為100 kHz下的常溫C-V曲線；(b) 4H-SiC MOS電容的有效界面電荷密度隨高溫存儲應力時間的變化
基于以上結果，推測了高溫存儲應力下界面電荷變化的物理過程。
在初期，界面電荷可通過熱電子發射等形式填充進SiO2/4H-SiC界面。
隨著SiO2/4H-SiC界面區電子俘獲量的增加，耗盡寬度增大導致勢壘增大，使得熱離子發射電子的數量減少。
另一方面，耗盡層寬度的增大同時將導致在價帶邊緣的累積空穴隧穿進入SiO2/4H-SiC界面，從而降低有效負界面電荷濃度，導致擊穿電壓重新升高。
展開 
智芯研報 | 新基建帶動下的第三代半導體產業發展機遇
SiC MOS‐FET 可以使電源電路中的磁性單元體積更小、重量更輕，電源整體效率更高，進而實現充電速度的提升和充電成本的降低。目前我國充電樁保有量達到 121.9 萬個，
車樁比約為3.4：1，與國家規劃的1：1目標相比仍有巨大市場空間，SiC器件在電動汽車充電樁領域平均滲透率約為10%。
在新能源汽車中，功率器件是電驅動系統的主要組成部分，對其效率、功率密度和可靠性起著主導作用。目前，新能源汽車電驅動部分主要由硅基功率器件組成。
隨著電動汽車的發展，對電驅動的小型化和輕量化提出了更高的要求。
2018年，特斯拉推出了第一款采用 SiC MOS‐FET主驅動控制器的電動汽車（Model3），每個逆變器包含 24 個 SiC MOSFET 模塊，車身比Model S減小了20%，開關損耗降低75％，逆變器效率提升5%～8%。
▌
4.3 數據中心
服務器電源是服務器的能源庫，為服務器提供電能 ，保證服務器系統正常運行。
在服務器電源中使用SiC功率器件，可以提升服務器電源的功率密度和效率，整體上縮小數據中心的體積，實現數據中心整體建設成本的降低，同時實現更高的環保效率。
GaN 功率器件可用于從交流到直流的電源轉換，以及轉換負載的直流電源，整體效率相比Si器件可提高10%，功率密度增加25%以上。
展開 碳化硅“狂飆”：追趕、內卷、替代
后面依次是安森美、羅姆和三菱電機等，這些廠商共同占據了全球80%以上的SiC市場份額，與各大車企及Tier1廠商互動密切。
圖源：yole
國內廠商在SiC功率器件領域入局相對較晚，相關企業華潤微、士蘭微、斯達半導、時代電氣、泰科天潤、安徽長飛先進、派恩杰、上海瞻芯、中電科55所及13所等正積極布局碳化硅器件。
當前國內廠商仍處于發展初期，與國際巨頭存在一定差距。目前SBD國內已經量產，但至少相差一代；OBC方面，國內通過車企測試的只有一兩家；MOSFET方面，目前ST、英飛凌、Rohm等600-1700V SiC MOS已實現量產并達成簽單出貨，而國內目前SiC MOS設計已基本完成，多家設計廠商正與晶圓廠流片階段，后期客戶驗證仍需部分時間，在電流密度、減薄工藝、可靠性都亟需提升，因此距離大規模商業化仍需要時間。
高景氣行情下，國產碳化硅市場亟待突圍
整體來看，目前碳化硅材料和功率器件主要由海外企業主導，國內企業仍處于發展初期，與國際巨頭存在一定差距，正在加速追趕。
據方正證券測算，預計2026年全球SiC襯底有效產能為330萬片，距同年629萬片的襯底需求量仍有較大差距。在業內形成穩定且較高的良率規模化出貨前，整個行業都將持續陷于供不應求。
SiC晶圓方面，盡管今年全球經濟和其他半導體材料市場普遍出現放緩，但SiC晶圓將持續強勁增長。據TECHCET發布了最新的碳化硅晶圓材料報告預計，SiC晶圓市場將在2023年進一步增長，達到107.2萬片晶圓，同比增長約22%。
展開 SiC功率半導體產業高峰論壇成功舉辦
電子科技大學鄧小川教授在碳化硅功率器件特性與優勢以及可靠性研究兩大方面作了詳細報告，報告中指出目前國際上SiC功率器件面臨的技術難度正在逐步降低，隨著大尺寸SiC晶圓的發展，價格最終不會成為制約的瓶頸；在混合電動汽車、電動汽車以及智能電網等節能減排行業的大力牽引下，SiC功率器件正在逐步邁向普及化。
中國科學院微電子研究所許恒宇博士在報告中提到面向“碳中和、碳達峰”為代表的國家重大戰略要求，在要求滿足超低損耗和高可靠性的新能源汽車領域，以應用牽引為指導，提出了SiC超結MOS器件重要性；針對產業薄弱環節，亟待引進該領域制造先進的核心制備技術的必要性和急迫性。圍繞SiC超結MOS器件“理論構建、仿真設計、超結制備、工藝整合”等方面，基于SiC MOSFET開展超結MOS器件制備技術創新，明確超結外延制備技術路線，為我國新能源汽車事業和“雙碳”戰略推進提供關鍵技術支撐。
中
國電子科技集團公司第四十八研究所研究員級高工/高級專家周洪彪報告中指出，隨著第三代半導體產業快速發展期到來和行業自主可控的急迫需求，國產裝備成長空間巨大；中國電科48所重點圍繞SiC全鏈條開展核心裝備開發、驗證與推廣應用，并持續迭代改進，以SiC單晶生長、高溫高能離子注入、高溫氧化/激活為代表的系列設備已實現小批量應用；加強工藝融合和行業協作，進一步推動第三代半導體國產化裝備的跨越式發展。
洲中車時代電氣股份有限公司常務副主任、教授級高級工程師劉國友表示，SiC MOSFET成為高壓功率器件的解決方案，越來越多的企業參與其中。高壓SiC MOSFET材料、涉及、工藝技術取得很大進展并逐漸成熟，3300V及以上電壓等級的芯片和模塊逐步商業化。高壓SiC MOSFET應用于軌道交通領域，推動綠色、智能技術發展；在智能電網、飛機、船舶電驅等方面也有很好的應用前景。
展開 用于取代IGBT的碳化硅（SiC）MOSFET
如今的 MOSFET 質量
在過去的兩年里，市售的 1200V SiC MOSFET 在質量方面走過了很長的一段路。溝道遷移率已經提高到適當的水平；大多數主流工業設計的氧化物壽命達到了可接受的水平；閾值電壓變得越來越穩定。從商業角度來看同樣重要的是，多家供應商已經迎來了這些里程碑，下一節將對其重要性進行論述。在這里，我們將 證實今天的 SiCMOSFET 質量的要求，包括長期可靠性、參數穩定性和器件耐用性。
采用加速的時間依賴性介質擊穿
（TDDB）
技術，NIST 的研究人員預測出 Monolith Semiconductor 公司的 MOS 技術的氧化物壽命超過 100 年，即使實在高于 200 攝氏度的結溫下也是如此。NIST 的研究工作使用了在氧化物上外加電場
（大于 9 MV/cm）
和結溫
（高達 300 °C）
的壽命加速因數；作為參考，在實際應用中的氧化物電場約為 4 MV/cm
（相當于 VGS = 20 V），
并且工作中的結溫通常低于 175 攝氏度。值得注意的是，雖然在硅 MOS 中常見溫度依賴性的加速因數，但是在使用 Monolith Semiconductor 公司的器件進行研究之前，NIST尚未看到 SiC MOS 有這種情況。然后，閾值電壓穩定性也得到了令人信服的證明，如圖 1 所示。在 175 攝氏度結溫和低于負
（VGS = -10 V）
和正
（VGS = 25 V）
柵極電壓的條件下進行了高溫柵偏置測試
（HTGB）
。根據 JEDEC 標準，對三個不同晶圓批次的 77 只器件進行了測試，并沒有觀察到顯著的變化。
展開 