硅是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的代表元素，作為最基礎(chǔ)的器件原料，硅的性能已經(jīng)接近了其物理極限。近年來隨著電動汽車、5G的新應(yīng)用的普及，對于功率器件的性能提出了更高的要求。例如GaN、砷化鎵和SiC（碳化硅）等新材料半導(dǎo)體器件已經(jīng)成為了行業(yè)內(nèi)備受關(guān)注的產(chǎn)品。
SiC的酷在何處？
據(jù)陳清源先生介紹，與傳統(tǒng)硅器件相比，SiC的帶隙部分是硅材料的大概三倍。所以我們通常將這類器件稱之為寬禁帶半導(dǎo)體。在單位面積的阻隔電壓能力方面，SiC是硅器件的大概7倍。電子遷移率的差距并不大，但是SiC器件的熱傳導(dǎo)能力是硅芯片的3倍多；電子漂移速度也是硅器件的2倍以上。
“傳統(tǒng)的硅器件，產(chǎn)品范圍最廣，開發(fā)時間最久，性價比最高。從性價比的角度出發(fā)，硅是首選。”陳清源先生說道，“GaN器件的效率最高、功率密度最大、切換速度最快（MHz級），所以是中低壓高性能應(yīng)用的首選。SiC類功率器件的開關(guān)頻率比GaN的要慢（kHz級），但SiC適用的電壓范圍從650V到3.3kV都可以，優(yōu)勢在于易用性和耐高溫性能都相對較好?！?/span>
如何做業(yè)界最“酷”的SiC產(chǎn)品？
我們從英飛凌最新發(fā)布的650V CoolSiC MOSFET，來給大家展示一下，英飛凌是如何做出最“酷”的SiC器件的。
“最完整的SiC技術(shù)”
CoolSiC系列產(chǎn)品提供了完整的產(chǎn)品圖譜來供客戶選擇，從靜態(tài)導(dǎo)通電阻的角度來看提供了從27 mΩ到107 mΩ的四款產(chǎn)品，未來也會推出更多封裝的形式。在可靠性方面，為了防止“誤導(dǎo)通”，英飛凌將V(GS)的設(shè)計為4V以上，這樣可以免除一些噪音的誤導(dǎo)通。在一些特殊的拓撲（例如CCM圖騰柱）中，優(yōu)化了硬換向的體二極管，跟既有的硅體二極管的能力差異明顯。另外，為了讓傳統(tǒng)硅器件的工程師更容易上手SiC的產(chǎn)品，尹飛凌將V(GS)的電壓范圍也放寬了，在0V電壓即可關(guān)斷V(GS)，這樣就不會產(chǎn)生負壓。這樣就不會給整個電路造成負擔(dān)，給設(shè)計人員帶來額外的設(shè)計的壓力。
同樣的SiC的產(chǎn)品，在保證同樣高可靠性的條件下，溝槽式的性能比平面式的更好。未來將SiC這種新材料的性能發(fā)揮到極致，英飛凌的CoolSiC系列的產(chǎn)品，一直以來采用了這種溝槽式的加工工藝。據(jù)陳清源介紹，傳統(tǒng)的平面式的器件在導(dǎo)通狀態(tài)下，性能和柵極氧化層的可靠性之間要做很大的折衷；溝槽式更容易達到性能要求而不偏離柵極氧化層的安全條件。溝槽式的技術(shù)雖然很多家都在做，但是英飛凌已經(jīng)積累了二十多年的CoolMOS技術(shù)，這些技術(shù)積累可以確保采用溝槽式的SiC器件在生產(chǎn)良率和可靠性方面都可以維持較高的水準(zhǔn)。
SiC的市場上，最近已經(jīng)涌現(xiàn)出了很多的國內(nèi)外的廠商，他們提供的產(chǎn)品或是具有較好的性能，或是價格極具競爭力。而對于英飛凌而言，SiC是一個長期的布局，從過去幾年到未來，英飛凌將持續(xù)不斷地進行研發(fā)資本的投入。因為英飛凌的功率產(chǎn)品線覆蓋面比較廣，而且在Si的領(lǐng)域已經(jīng)積累了20多年的經(jīng)驗和銷售渠道，所以其實在別的產(chǎn)品線上獲得收益也可以用來補充SiC產(chǎn)品線的研發(fā)成本的投入。SiC產(chǎn)品的未來的高市場增長率是明確的，所以英飛凌將其視為是一場馬拉松，將會持續(xù)不斷地進行研發(fā)工作的投入。一些新晉廠商和小廠商在這方面相比英飛凌有著不小的差距，既要盈利，又要確保新產(chǎn)品的持續(xù)研發(fā)，保證不出局，還是很有壓力的。
“溝槽式工藝是未來趨勢”
持續(xù)的高研發(fā)資本投入
SiC產(chǎn)品的市場需求目前非常大， 根據(jù)IHS的預(yù)估，今年會有近5000萬美元的市場份額。再往后到2028年，市場份額會達到1億6000萬美元。市場的蓬勃發(fā)展，帶來了更多的機遇，未來英飛凌也會持續(xù)投入，推出更多的SiC的新品，讓我們拭目以待。
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