先导中心已成功研发出650V-3300V的碳化硅器件，完成SiC MOSFET量产平台的打造
陕西半导体先导技术中心日前已完成碳化硅MOSFET器件量产平台的打造，MOSFET器件系列产品已完成研发并通过一系列产品性能和可靠性测试，部分型号已实现量产。
与传统的硅基功率器件相比，碳化硅材料拥有更高的耐压和耐热、更快的开关频率，更低的开关损耗。优异的高温和高压特性使得SiC MOSFET在大功率应用中表现出色，尤其是高压应用中，在相同的功率下，碳化硅MOSFET自身器件损耗小，极大减小了器件的散热需求，使系统朝着小型化，轻量化，集成化的方向发展。可广泛适用于光伏逆变器、开关电源、高压DC/DC、新能源充电和电机驱动等应用领域，有助于减小系统体积，降低系统功耗，提升电源系统功率密度。
SA1M12000065碳化硅MOSFET先导中心已实现量产，主要参数如下，目前已有多家客户处于样品测试阶段：
图1 先导中心SA1M12000065型号
众所周知，Si材料中，越是高耐压器件其单位面积的导通电阻就越大，因此600V以上的电压中主要采用IGBT。IGBT通过电导率调制，向漂移层内注入作为少数载流子的空穴，因此导通电阻比MOSFET还要小，但是同时由于少数载流子的积聚，在关断时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。而SiC器件漂移层的阻抗比Si器件低，不需要进行电导率调制就能够以高频器件结构的MOSFET实现高耐压和低阻抗。而且MOSFET原理上不产生尾电流，所以用SiC MOSFET替代IGBT时，能够明显地减少开关损耗，并且实现散热部件的小型化。另外，SiC MOSFET能够在IGBT不能工作的高频条件下驱动，从而也可以实现被动器件的小型化。
碳化硅MOSFET芯片不仅能够以小封装实现低导通电阻，而且能够使门极电荷量、结电容也变小。因此，没有必要再采用IGBT这种双极型器件结构(导通电阻变低，则开关速度变慢) ，就可以实现低导通电阻、高耐压、快速开关等各优点兼备的器件。同时相比于Si级，碳化硅MOSFET拥有3倍多的宽禁带宽度，使其具有更高的结温（-55℃到150℃），满足恶劣环境下的耐高温工作环境。
如下电源模块DC-DC电路中使用软开关LLC拓扑。图2中，上图采用硅级开关管。由于只有650V等级的硅器件具有足够低的动态损耗，所以需要两个级联的LLC全桥来支持800V的直流链路电压。
图2
如果使用SiC MOSFET，包含驱动芯片在内的开关数量可以减少一半（参见图2的下图，只需一个LLC全桥）。零部件数减少50%，使得需要的电路板空间缩小，效率也可得到优化。对于SiC MOSFET解决方案，每个导通状态只需打开两个开关位置，而在650V等级的解决方案中则需要打开4个开关位置。考虑到使用硅器件系统中系统效率如今通常可被优化至97%左右，所以在SiC MOSFET中，由于输出电容变小，使得导通损耗降低50%，且关断开关损耗也降低，因而可以实现超过1%的效率提升。
基于碳化硅的这些优势，将在终端应用方面显著减少物料单(BOM)成分，并且增加功率密度，大幅减少了控制操作，降低了总体复杂度，可广泛试用于充电桩，光伏逆变器等领域。
先导中心依托西电微电子学院开展SiC技术产业化工作，西电微电子学院是国内最早从事碳化硅技术研发的单位，已经有近三十年的积累，专利储备数量国内排名第一，全球前八。先导中心致力于第三代半导体关键共性技术工程化研发，发挥西安电子科技大学国际领先的第三代半导体技术，为陕西创新驱动发展战略提供重要支撑。目前已经成功研发出650V-3300V的碳化硅器件，其中多款产品填补了国内空白，同时瞄准行业痛点，开展了应用解决方案的研发，通过打通器件与应用的技术和产业链条，推动第三代半导体技术的产业化落地。
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