【技术】解析SiC MOSFET结构及特性

时间： 2022-10-12 来源：HI-SEMICON公众号

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SiC MOSFET,平面结构SiC MOSFET,沟槽SiC MOSFET,平面SiC MOSFET

SiC功率MOSFET内部晶胞单元的结构，主要有两种:平面结构和沟槽结构，平面SiC MOSFET的结构，如图1所示。这种结构的特点是工艺简单，单元的一致性较好，雪崩能量比较高。但是，这种结构的中间，N区夹在两个P区域之间，当电流被限制在靠近P体区域的狭窄的N区中流过时，将产生JFET效应，从而增加通态电阳；同时，这种结构的寄生电容也较大。

平面SiC MOSFET的结构

沟槽SiC MOSFET的结构，如下图所示。这种结构将栅极埋入基体中，形成垂直的沟道，由于要开沟槽，工艺变得复杂，单元的一致性、雪崩能量比平面结构差。但是，由于这种结构可以增加单元密度，没有JFET效应，沟道晶面实现最佳的沟道迁移率，导通电阻比平面结构要明显的降低:同时，寄生电容更小，开关速度快。开关损耗非常低，因此，新一代的结构都研究和采用这种结构。

沟槽SiC MOSFET的结构

沟槽结构SiC MOSFET最主要的问题在于，由于器件工作在高压状态，内部的工作电场强度高，尤其是沟槽底部，工作电场强度非常更高，很容易在局部超过最大的临界电场强度，从而产生局部的击穿，影响器件工作的可靠性，如下图所示。

沟槽SiC MOSFET结构内部工作电场

因此，新一代的SiC MOSFET沟槽结构，技术演进的方向都是如何减小沟槽底部的工作电场强度，比如Rohm的双槽结构、Infineon的非对称沟槽结构，等等，如以下二图所示。

Rohm双沟槽结构

Infineon非对称沟槽结构

这些结构的核心就是或在沟槽底部增加缓冲层，或把P区下移让P和沟槽底部的N区形成耗尽层。从而把沟槽底部氧化层的电场，部分转移到P区耗尽层，减小沟槽底部的电场。

减小沟槽底部工作电场示意图

Infineon非对称沟槽结构内部电场分布

平面结构SiC MOSFET的基本工艺和各项成本占比，如图8、图9所示，可以看到，目前SiC晶体的衬底依然占非常大的比例，达到38%，如果加上SiC晶体的衬底的减薄和抛光工艺，比例高达50%以上。

其主要原因在干SiC生长的速慢，温度高，工艺复杂度，容易产生各种晶格缺陷。Si生长速度为100mm/小时，最大直径450mm，最大厚度2m；SiC生长的速度为100~300μm/小时，2100℃，最大直径150mm，最大厚度50mm。

外延工艺的成本占比为17%左右，封装成本的占比为11%左右；产品的良率导致的成本占比为21%，如何控制SiC MOSFET生产过程中产生的缺陷，提高生产过程中的良率，依然是各产家需要面对的重要的问题，其不仅关系到产品的成本，更关系到产品在客户应用的可靠性。

平面结构SiC MOSFET基本工艺

平面结构SiC MOSFET工艺成本占比

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型号- SCF60R190C,SFD3006T,SFD6003T,SGP104R5T,SFS0406T4,SFM6005DT,SFD7N70,SFW90N25,SFQ0320T4,SFD18N20,SFM4009T,SFE6001T2,SFM6004T5,SFK2N50,SFF60N06,SFN4006T5,SFM0420T4,SFP10003PT,SFF18N20,SCF65R190TF,SFD2N50,SFM4004PT,SFS6003PT,SFP33N10,SFS4010T,SGS6001T4,SGP6008T,SFS3401,SFQ0318T4,SC3D40120D,SFS3400,SFK1N65,SCD65R960C,SFS4010T2,SFF5N80,SFS0407T4,SFS3407,SFD6005T,SFD10003PT,SFD7N50,SFM6005ST,SFF18N50,SFP40P10,SGS15HR430T,SFA10015T,SFP50N06,SCF65R640C,SFD3003T,SFQ0322T4,SFF12N65,SFD6006T,SGD105R5T,SFP11P20,SFD6N70,SFS6007T,SGM10HR14T,SCF65R380C6,SFS3400.A,SFS3001T2,SCD70R600C,SFQ0420T4,SCF60R580C,SGXXXXXPT,SGM062R3T,SFS4525T,SFD3004T5,SFS3401A,SGM066R5T,SFN3009T,SGM031R7T,SFB11N90,SCD70R900C,SFU3006T,SFP9N20,SFA110P06,SFR0305T2,SFF50N06,SFD6007T,SCD80R500S,SC3D08065G,SCF65R380C,SFD4006T,SC3D08065I,SFN0315T4,SFN3003PT,SFA6005T,SFS4008T2,SFS2300,SGP157R5T,SFS2301,SFM10015T,SFH8402DW,SC3D04065E,SCU70R900C,SCF60R280C,SFS2304,SFS2303,SFF13N50,SFS2305,SC3D04065I,SFF7N50,SCF65R540T,SFD50N06,SFP20007,SFU18N20,SGP104R0T,SCD65R1K2C,SFN0330T2,SFD6008T,SGM107R7T,SC3D04065A,SFM4010T,SFF20N50,SC3D20065D,SFP40N20,SFS0307T4,SFD3012T,SFF7N65,SCD60R580C,SFU5N20,SC3D10065A,SGM105R0T,SCF65R310C,SCF60R360C6,SFS0405T4,SC3D10065G,SC3D10065I,SFP6P10,SFM4005DT,SC3K080120,SCK65R1K15C,SFW50N25,SFU4N65,SFN0413T4,SFD5N65,SFP30P10,SFM10003PT,SC3D08065A,SFP18P10,SFD4N90,SFF7N70,SCF60R125C,SFXXXXXPTX,SFD4006PT,SFD4003T,SCF70R600C,SFF6005T,SFS0306T4,SCF80R950C,SGA104R0T,SFD3010T,SFE3007T,SFD5N50,SFP3006T,SFP3018T,SFP18N20,SGP103R0T,SCW65R075CF,SCF65R170C,SFS6012T2,SGD6008T,SGM041R8T,SFD4001PT4,SFD4001PT5,SFF8N65,SFN3006PT,SC3K040120,SGM6008T,SFD4N70,SCW60R030CF,SFB50N25,SCW65R041CF,SFP6005T,SFS2013PT,SCF70R420C,SCW65R090C,SGM031R1T,SCD70R420C,SC3K075120,SFD33N10,SCW65R099TF,SFP5P03,SCF60R160C,SFR0206T2,SFD4N65,SC3D15120H,SFS2N7002,SFF33N10,SCF70R360C6,SFD2008T,SFN3003T,SFS2302B,SGM109R5T,SFM6008T,SFD3006PT,SFD6003PT,SGA104R5T,SFF20N65,SFK4N65,SFB90N25,SFD5N20,SFR0205PT2,SGM030R7T,SFF8N80,SC3D30065D,SFN3002T,SFU9N20,SFD7N65E,SFD9N65,SFD4004PT,SFF20N70,SGM042R4T,SFP6007T,SFS3401B,SFS4435,SFU6003T,SGU6008T,SFM0430T2,SFF10N70,SCF60R360C,SFD2006T,SC3D06065E,SC3D06065G,SFP75P55,SC3D10120H,SFF3N80,SC3D06065A,SCD70R600C6,SCD65R380C,SFD14N25,SC3K015120,SFSAP4580,SFS6010T2,SCD65R540T,SGP105R5T,SFF4N65,SFF10N65,SC3D30120H,SFM0320T4,SC3D30120D,SC3D16065A,SC3D16065D,SC3D16065G,SFP27P20,SC3K050120,SFU6005T,SFW10P04,SFD3N50,SFF4N70,SFM10008T,SFF9N90,SCXXXXXXXXFX,SFD2003T,SFN0318T2,SFD3009T,SFM3011T,SFD6005PT,SC3K032120,SFP110N55,SFF16N65,SC3D12065A,SFF10N80,SFF5N50,SC3D12065G,SGD10HR20T,SC3D12065I,SC3D20120H,SFP59N10,SFN6004T5,SXXXXXXX,SFD9N20,SCF65R240C,SC3D06065I,SCD65R640C,SFS2012PT,SGA105R5T,SFN0250T2,SFM3012T,SC3D20120D,SGM041R3T

选型指南 - HI-SEMICON - 2022/11/18 PDF 中文下载

HI-SEMICON 产品储能行业分享

型号- SCF60R190C,SGM066R5T,SFF16N50,SFP9N20,SFF50N06,SFP3018T,SC3D06065A,SGP103R0T,SFP18N20,SCF65R170C,HGN042N10A,SGM042R1T,XNP40N60TH,SCF65R190TF,SFF13N50,IXFH22N65,SCW65R090CF,SGM6008T,SGM105R5T,SGS10HR11T,SGM107R7T,SFP6005T,SFM4010T,SCW65R090C,SC3D20065A,SFF20N50,MUR1660CT,SCW65R099TF,SCP65R090CF,SCF60R160C,SC3D10065A,SGM105R0T,SFF33N10,SGP105R0T,SFM10008T,SGM109R5T,SFM6008T,SFM6005ST,SFF18N50,MUR1560G,SFF20N65,SFP110N55,SFF16N65,SFP50N06,SC3D08065A,SC3D12065I,SCF60R125C,SFP59N10,SGM10HR14T,SC3D06065I,SCF65R240C,SGM042R4T,SFP6007T

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HI-SEMICON深鸿盛公司介绍以奋斗者为本，争做半导体功率器件领航者

型号- SFM0420T4,SFN3009T,SFS0407T4,SGD15N10,SFN3006PT,SFS300T12,SFD2006T,SGM6008T,SFM0320T4,SGD10HR20T,SFD6008T,SGS6001T4,SFN3003PT,SFQ0320T4,SFQ0420T4,SGM041R8T,SFM4009T,SFM041R1T,SFS4525T

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HI-SEMICON 产品电机行业分享

型号- SGX10HR10T,SGM066R5T,SGM105R0T,SFN3009T,SGM031R7T,SGP104R5T,SFN3003T,MUR1660T,SGM109R5T,SFN3002PT,SFN3003PT,SFD6003PT,SGM041R8T,SFP6008T,SCX65R380C,SFD6005PT,SGM042R1T,SFN4006T5,SGP105R5T,SCF65R640C,MUR1560T,SCF65R540T,SGM107R7T,SC3D08060A,SFS4010T,SGM031R1T,SFDP12N65,SCF65R240C,SFN4009T,SFM3012T,SGM041R3T

数据手册 - HI-SEMICON - 2023/8/21 PDF 中文下载

HI-SEMICON多款MOSFET在户用储能上的应用，具有稳定性强、内阻低、体积小等特性

户用储能又称为家庭储能系统，是一种安装在家庭或小型商业建筑中的储能系统。这种系统的主要功能是将太阳能知、风能等可再生能源转化为电能并储存起来，以供家庭或商业建筑使用。本文介绍HI-SEMICON MOSFET在户用储能上的应用。

原厂动态发布时间 : 2024-04-10

HI-SEMICON 产品 DC-DC 电源分享

型号- SC3D40065D,SC3D40120D,SC3D40065I,SC3D40065H,SC3D15120H,SC3D40065G,SGP104R5T,SC3D10120H,SGP103R0T,SGM15HR11T,S3M015120K3,SFM6008T,S3M040120K3,S3M065120K3,SGD6008T,SGA104R5T,S3M032120K3,SC3D40065A,SFA10015T,SGP157R5T,SGP105R5T,SC3D30065I,SC3D30065G,SC3D30065H,SC3D30120H,S3M050120K3,SFP20007,SGD105R5T,SGP104R0T,SC3D30065D,SC3D30120D,SC3D30065A,SGP10HR10T,S3M075120K3,SC3D20065I,SC3D20065H,SC3D20120H,SFP4024T,TSFD6008T,SC3D20065A,SGP6008T,SGA105R5T,SGA104R0T,SC3D20065D,SC3D20065G,SC3D20120D

数据手册 - HI-SEMICON - 2023/8/21 PDF 中文下载

HI-SEMICON（深鸿盛）公司简介及MOSFET产品介绍 ∣视频

本视频主要分四个部分对HISEMICON（深鸿盛）的MOSFET产品做出如下简要介绍：1、公司简介；2、产品介绍；3、品质管理；4、应用领域。

原厂动态发布时间 : 2023-06-21

【元件】HI-SEMICON MOSFET可用在充电桩上，为系统设计提供更多选择

深鸿盛MOSFET系列产品，通过优化器件结构设计，采用先进的工艺制造技术，进一步提高了产品性能，具有更优的雪崩耐量，提高了器件应用中的可靠性。同时，采用自主创新先进的多层外延技术，优化了器件开关特性，使其在系统应用中具有更好的表现，为系统设计提供更多选择。

产品发布时间 : 2023-11-17

SiC MOSFET以其工作频率高、低导通、开关损耗低等优点，在感应加热电源中广泛应用

感应加热是通过电磁感应加热导电物体（通常是金属）的过程，通过物体内部的涡流产生热量。SiC MOSFET以其工作频率高、低导通、开关损耗低等优点，是感应加热电源最有前途的半导体器件。

应用方案发布时间 : 2023-10-31

HI-SEMICON多款MOSFET产品满足光伏逆变器的不同应用需求

SiC MOSFET产品在光伏逆变器中是一种重要的功率开关器件，可以承担关键的电源开关和电流控制功能。在光伏逆变器中，SiC MOSFET产品通常作为主开关管使用，用于控制输入直流电源的开关和输出交流电源的频率和电压。HI-SEMICON提供多款MOSFET产品满足光伏逆变器的不同应用需求。

应用方案发布时间 : 2023-10-24

HI-SEMICON 产品 OBC 行业分享

型号- SCP65R090CF,SFS3401,SC3D40065D,SC3D40120D,SFS3400,SC3D40065I,SC3D40065H,SC3D15120H,SC3D40065G,SC3D10120H,SGP103R0T,SCW65R075CF,S3M040120K3,S3M065120K3,SCW65R050CF,SFA1G015T,S3M032120K3,SGA104R5T,SC3D40065A,SCW65RG41CF,SCF65R110CF,SC3D30065I,SC3D30065G,SC3D30065H,SC3D30120H,SC3D30065D,SC3D30120D,SGP104R0T,SC3D30065A,S3M075120K3,SC3D20065I,SC3D20065H,SC3D20120H,SCT65R090CF,SFP4024T,SC3D20065A,SGP1G4R5T,SC3D20065D,SGA104R0T,SFS2W7002,SC3D20065G,SC3D20120D

商品及供应商介绍 - HI-SEMICON - 2023/9/6 PDF 中文下载

PD行业应用分享

型号- SFF7N65,SGM066R5T,SGM105R0T,SFN3009T,SCF65R310C,SGP103R0T,SFM10008T,SGM109R5T,SCF65R380C,SCD65R380C,SFN3003PT,SCD70R360C,SFN4006T5,SCF65R640C,SFM4004PT,SFN3006PT,SFF10N65,SFF12N65,SFN3002T,SFN0330T2,SGM107R7T,SFN3003PT5,SFS4010T,SFN6004T5,SCF65R240C,SFS3001T2,SCD70R600C,SCD65R640C

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