SiC-MOSFET芯片技术的发展现状分析

时间： 2021-10-30 来源：SLKOR

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半导体芯片技术的发展使得功率器件能够有效的利用电能，比如晶闸管和二极管，在电压和电流控制方面起到了关键的作用。相对目前广泛应用的Si半导体芯片，宽禁带半导体SiC芯片可以改进产品的性能并降低损耗。SiC材料具有良好的物理特性，与传统器件相比，SiC器件可以降低50-70%的损耗并且可以在更高的频率下工作。在系统中采用SiC器件，可以降低产品的功率损耗，也可以减小冷却系统和被动元件的体积。SiC功率器件的使用可以节省能源和资源，三菱电机一直持续的对其性能进行改进并降低损耗。本文SLKOR总结了SiC芯片最新的发展状况。

SiC芯片的发展

1.第二代平面型MOSFETs

利用我司最新的6英寸SiC晶圆生产线，我们已经开发出了第二代金属氧化物场效应晶体管(MOSFETs)。对于平面栅MOSFETs，通过使用结型场效应晶体管掺杂技术对MOS的元胞结构进行了优化，降低了导通电阻和电容。例如图1所示，为耐压1200V的第二代平面栅MOSFETs的导通特性，图2为其开关损耗与栅极电阻之间的关系曲线。为了方便比较，图中也给出了第一代MOSFETs在相同区域内的曲线。对于第二代MOSFETs，由于缩小了元胞间距和采用了其它的改进措施，其导通电阻大约降低了15%。在图2中可以看出，由于降低了电容和采用了其它的改进措施，使得第二代MOSFETs开关速度更快，开关损耗明显降低。另外，6英寸SiC晶圆生产线可以使晶圆的厚度更薄，从而降低导通电阻，薄晶圆已经在第二代平面栅MOSFETs中开始应用。

目前，我们已经开发出了耐压从600V到3300V多种类别的第二代平面栅MOSFETs，并且成功的实现了功率模块的商业化。

图1. 第二代平面型MOSFET导通特性

图2. 第二代平面栅MOSFET开关损耗

2. 新型沟槽型MOSFETs

我们通过采用专有的结构开发出了搭载沟槽栅MOSFETs功率模块。由于SiC材料的物理特性，SiC芯片上的电场强度不可避免的增加，尤其是位于沟槽底部栅极氧化层上的电场强度变高了，因此，不同于Si沟槽栅MOSFETs，SiC-MOSFETs需要特殊的考虑。图3 描述了我们开发的沟槽栅MOSFETs的结构。为了削弱作用在沟槽底部栅极氧化层上的电场强度，在沟槽的下面部分设置了底部P层(BPW)，为了稳定BPW部分的电势，p型掺杂离子是沿沟槽侧壁斜向注入的。在沟槽侧壁电流流过的部分，成角度的n型掺杂离子注入可以降低电阻。图4展示了室温下沟槽栅MOSFETs样片的导通电阻。图5展示了其耐压特性。与平面栅MOSFETs相比，沟槽栅MOSFETs的通态比电阻在1.84mΩ·cm2时降低了大约50%，雪崩电压设计为1560V。

沟槽型MOSFETs的低导通电阻特性将来会被用来减小芯片的尺寸，降低损耗，增加模块的电流等级。

图3. 沟槽型MOSFET剖面结构图

图4. 平面型和沟槽型MOSFET导通电阻对比

图5. 沟槽型MOSFET关断状态特性

2.3 集成SBD的MOSFETs MOSFETs

内部存在体二极管，由于其结构特性，电流可以反向流过MOSFETs，体二极管可以用来作为换流二极管。然而，对于SiC-MOSFETs来说，当体二极管导通的时候，其导通压降有时会增加。对于高耐压且面积较大的MOSFETs来说，SBD( Schottky Barrier Diode)作为换流二极管时需要连成一排，体二极管需要进行筛选测试，从而避免正向压降的增加。

对于耐压在3300V或更高的MOSFETs，我们开发了内置SBD芯片的MOSFETs，其SBD内置于MOSFETs的单位元胞内，无需外置SBD以及对体二极管进行筛选。当电流反向流过内置SBD的MOSFETs时，电流从从漂移层流过所引起的压降比体二极管PN结压降低，体二极管不再流过电流。

图6展示了内置SBD的MOSFETs样片的导通特性曲线。其导通特性与常规的通过栅极电压控制的MOSFETs相似。因为内置SBD占用的电极面积很小，因此MOSFET导通电阻增加的很小。图7展示了当MOSFETs的栅极电压在-5V(关断)和15V(开通)时内置SBD的MOSFETs反向电流导通特性。数据显示当电压在大约1V时(SBD的扩散电压)，单极性电流开始线性增加。当MOSFETs的栅极设置为开通时，流过MOSFETs通道的电流叠加在SBD电流上，明显降低了导通电阻。

通过应用内置SBD的MOSFETs模块可以省略掉成排的外置SBDs, 可以简化测试，缩小模块的尺寸降低成本。

图6. 内置SBD的MOSFET导通特性

图7. 内置SBD的MOSFET反向电流导通特性

我们会持续地对第二代平面栅SiC-MOSFETs、沟槽栅SiC-MOSFETs和内置SBD的SiC-MOSFETs进行研究开发，进一步改进功率器件的表现。我们希望利用SiC的产品特性来降低各种系统中能源和资源的损耗。

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SLKOR（萨科微）功率器件/二极管/三极管/电源管理芯片/霍尔传感器/光耦选型指南

公司简介场效应管/IGBT单管单向/双向可控硅稳压二极管三极管运算放大器/达林顿晶体管阵列/整流桥霍尔传感器光耦石英晶体谐振器

SLKOR - MOSFET,SIC场效应晶体管,SCR,REFERENCE POWER SUPPLY,石英晶体,超级结MOSFET,开关二极管,HIGH-SPEED OPTOCOUPLER,瞬态抑制二极管,晶闸管,三端双向可控硅,高速光耦,双向可控硅,TVS,ZENER DIODE,快速恢复二极管,石英晶体谐振器,TVS管,达林顿晶体管阵列,单向可控硅,光耦合器设备,功率器件,双极性结型晶体管,静电放电,稳压二极管,静电保护器件,ESD管,TRIAC,SIC MOSFET,IGBT DISCRETE,肖特基二极管,DARLINGTON ARRAY,直流-直流,OPERATIONAL AMPLIFIER,HALL SENSOR,整流桥,光敏晶体管,IGBT分立器件,三极管,基准电源,碳化硅场效应管,RECTIFIER BRIDGE,快恢复二极管,参考电源,HALL传感器,齐纳二极管,DC-DC,电源管理芯片,LDO,ESD,OPTICALCOUPLER EQUIPMENT,PHOTO TRANSISTOR,整流二极管,FAST ECOVERY DIODE,QUARTZ CRYSTAL,RECTIFIER DIODE,SCHOTTKY DIODE,晶体管光耦,霍尔传感器,SWITCHING DIODE,SUPER JUNCTION MOSFET,超结场效应管,低压差线性稳压器,可控硅,BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR,运算放大器,三合会,达林顿阵列,场效应管,光耦,IGBT单管,TRIACS,二极管,运放,BZT52C43S,SS110,MCR00-8,SMCJ440CA,SL11N65CF,MC34063S,ZMM200,PC817,SL2310,SL3400,SL1629SH,SL252030MXXX,RS1A,RS1M,DB107S,GBU4005,1N4148WS,SMF5.0CA,DSK32,SL40T120FL,SL1625SH,MMBT4401,LM317,SL36N120A,SL75T65FL,SL50328MXXX,MMSZ5259B,SL22N120A,SL2301,BT151,GBP210,SL2302,BT169D,SL49SM8M20P-20,1SMB5921B,SL1613SH,S2MF,SL49SM12M20P-20,2N7002,SL201624MXXX,BTA26-800,SL322540MXXX,S3AB,SL4949,GBU610,BFG520,SL252016MXXX,BZT52B2V4,BZT52B43,SL1605SH,ZM4727,1SMA4777A,SL1609SH,BTA41-800,GBU6005,SL21N65CF,SL25T120FL,BTA24-800,SD05C,SL4275,ULN2003,SL1613TH,ES2A,SS525,6N137,6N136,SL15N65CF,WE05DF-BS,ULN2803,BT138-800,2SC3357,SL78LXX,LM2575,6N135,ZMM2V0,LM2576,BZT52C2V4S,US1A,SMF5.0A,SMAJ170A,SL10N120A,S5MB,RS2A,RS2M,MMBT5551,US1M,SL80N120A,S8550,S2AF,SMBJ5.0C,M1,SS22,BSS123,M7,SS310,ABS210,MMBT3904,MMBT3906,SMF58CA,BT137-800,MM1Z39B,ABS201,SMCJ440A,SMAJ5.0CA,BTA12-600,BAV99,SS32,SMBJ5.0,SL1623SH,SMBJ170CA,SL201612MXXX,BSS138,SL322512MXXX,1SMB5956B,ES2J,FR101,SS12,SL3N170AP,1SS181,FR107,SMF58A,78MXX,SL50T65FL,SM15C,SL1619SH,LL4148,MM1Z2V2B,SMAJ5.0A,MMBTA05,SL14N120A,BC817,SS8050,DB201S,SL1615SH,S1A,LM321,S5AB,SMCJ5.0CA,DSK310,GBU410,SS210,BCP51,SL40T65FL,BCP53,S8050,S1M,B772,SMBJ170A,SL28N65A,MMBT2222A,SLM601,BTA16-800,AMS1117-XX,ZM4761,TL431,SS52,NUP2105LT1G,DB101S,SL322524MXXX,SL1603SH,IRF640,SD12C,S9013,GBP2005,SL3407,BZT52C39,SL7N65CD,SMCJ5.0A,BZT52C2V4,SL50N120A,S3MB,MMSZ5221B,SS8550,SL3415,SMAJ170CA,GBLC05CI,BAV21W,DB207S,LM358S,SL80N65CT,1SMA4728A,通讯设备,变频器,基站电源,超薄电脑,自控电路,UPS不间断电源,TWS蓝牙耳机,电子钟,驱动电路,计算器,照明,ADAPTER,计时器,电动工具,交通控制,手持电动工具,移动通讯产品,变频控制,电子计算机,稳频计时电子产品,VRM,适配器,TVS蓝牙耳机,直流电机调速系统,数字仪表,地铁,流量计,微机接口,斩波器,小型电子设备,移动手机,电机,电子设备,BP机,无刷电机,脉冲放大电路,开关电源供电,逆变器,电源设备,净水器,小厨电,水表,电话机,电机调速,SWITCHING POWER SUPPLY,开关电源,手机,电子开关,电子玩具,消费电子,风电设备,仪器仪表,扫地机器人,火车,电动汽车,工业电机,控制器,气表,电子产品,工业,电车,玩具,电视机,开关电路,工业控制,固态继电器,医疗设备,太阳能设备,快充PD,电子锁,充电桩,风力发电,小型电脑,平板电脑,多谐振荡器,小家电,通信设备,BALLAST,跳绳,美容美发工具,家用电器,镇流器,SSR,笔记本电脑,阀门,电源适配器,氙灯

2022/10/9 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

IGBT 单管&模块

该资料介绍了某功率器件公司的核心优势和产品线。公司提供多种电压等级和电流范围的IGBT产品，包括650V至1700V、10A至200A的单管、芯片和模块。其技术路线聚焦于高性能的工业类、智能电网和新能源汽车领域的IGBT模块、MOSFET和SiC产品。公司拥有一支由前IR研发负责人领导的IGBT芯片设计团队和经验丰富的封测团队。此外，公司在感应加热、高频逆变、工业电机驱动和新能源汽车等领域拥有多样化的客户群体。

银河微电子 - IGBT模块,电源模块,车规模块,IGBT单管,光储能模块,电机驱动模块,GKU50N65RF5,GM200HF120S4F1A,GM50FFB120C1T1H,GM400HF120S4T1M,GKU20N65EH3,GKU40N65EH3,TGKU50N65DH3,GKU25N120ET2,GKU40N120RF5,GKU50N65ET,GKF20N65EH3,GM75HF120S2F2A,GM40FFB120C1T1,GKF07N65,GM400HF65S4T1A,TGKU40N120NH3,GKB20N65H3,GKD05N65,GM200SG65S1T1,GM100PI120C2T1X,GKU60N65DH5,GM450HF120C3T1M,GKU15N120H3,TGKU50N65ET,GKU100N65DH5,GKU40N120ET2,GM400HF65C3T1,GM150FFB120C2T1M,GM15PJ120E1T3A,GM300HF120S4T1M,GKB20N65EH3,TGKU40N120DT2,GM25PJ120E2T3A,TGKU65N65RF5,GKF06N65,GM10PJ120E1T3A,GKP20N65H3,GKU25N120DH3,GKU65N65RF5,GM100HF120S2F1B,GKU50N120EH3,GKU50N120CH3,GM100HF120S2F1A,GKD06N65,GKU50N65H3,GKU40N120NH3,GM35PJ120E2T3A,GKP20N65EH3,GKF05N65,GKU40N65DH3,GM50PI120C1T3A,GKU75N120EH3,GKU15N120ET2,GKF20N65H3,GKU20N65H3,GM40PI120C1T3A,GKU10N120T2,GM40HF120S2F2A,GKD07N65,TGKU75N65EH5,GKU50N65DH3,GM600HF65C3T1,GKU60N65EH5,GM150HF120S4F2,GM50HF120S2F2A,GKU75N65EH5,GKU40N120DT2,TGKU40N120ET2,GM600HF120C3T1M,交直流焊机副边,变频器,电机控制,新能源车,采暖炉,新能源大巴,工缝,新能源车PTC,重卡泵类驱动,不间断电源,UPS,伺服,空调行业,感应加热产品,储能,空压机,电机驱动,重卡,充电桩,新能源车OBC,中频感应加热,新能源汽车,交流焊机,泵类,光伏,逆变器,感应加热,新能源汽车领域,工业电源,变频,家电,高频逆变领域,新能源车空压机,商灶,高频逆变,光伏逆变器,工业电机驱动产品,焊机

2024/6/26 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

数明半导体（Sillumin）车载主逆变器用芯片产品选型指南

车载主逆变器驱动芯片信号与接口芯片电源管理芯片汽车行业芯片选型

数明半导体 - 接口芯片,开关电源,ISOLATED GATE DRIVER,半桥驱动,SIC 隔离驱动,低边PWM电源控制器,POWER SUPPLY,CAN收发器,隔离驱动,隔离型门极驱动器,单通道隔离驱动,驱动芯片,IGBT 隔离驱动,信号芯片,电源,电源管理芯片,隔离运放,低边驱动,ISOLATED AMPLIFILER,开关电源控制器,低输入电压加强型隔离放大器,SILM2186,SILM1051SEN-AQ,SILM59XX 系列,SILM824X,SILM5211CM-AQ,SILM21814,SILM2751XH,SILM826X,SILM5350,SILM5932SHOCG-AQ,SILM1051SCA-AQ,SILM1057SCA-AQ,SILM1044SEN-AQ,SILM1042SCA-AQ,SLMI823X,SILM5202CM-AQ,SILM27624,SILM104XS 系列,SILM6478CB-AQ,SLMI33X,SILM6478,SLMI334CG-DG,SILM1044SCA-AQ,SILM6478GA-AQ,SILM1057SEN-AQ,SILM52XX,SILM1042SEN-AQ,SILM4228X,SILM52XX 系列,SILM105XS,SILM58XX 系列,SILM104XS,SILM58XX,SILM59XX,SILM105XS 系列,SILM57XX,SILM6609,SILM1040SCA-AQ,SILM1050SCA-AQ,SILM1040SEN-AQ,SILM2753X,SILM5851NHCG-AQ,SLMI33X 系列,SILM5991SHCG-AQ,SILM5992SHCG-AQ,SILM1050SEN-AQ,SILM5200CM-AQ,SILM5852SHCG-AQ,电驱,汽车,电子空调压缩机,车载充电机,电源管理,汽车照明尾灯,新能源汽车,车载主逆变器,PTC电池热管理,主逆变器

2023/5/11 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

深圳市森国科科技股份有限公司（SGKS）是一家专业从事功率器件、模块，功率IC的高新科技企业。功率器件主要包括碳化硅二极管、碳化硅MOSFET、IGBT、SJMOS，功率芯片主要包括功率器件驱动芯片、无刷电机驱动芯片两大类。公司总部在深圳市南山区深圳湾生态科技园10A栋，在深圳、成都、苏州设有研发及运营中心。

SIC功率器件碳化硅二极管碳化硅MOSFET SiC二极管模块 SiC MOSFET模块

代理服务线上商城技术资料

瞻芯电子新品速递 2024-08

瞻芯电子最新发布两款产品，包括SiC MOSFET和高性能比邻驱动TM芯片。SiC MOSFET具备高耐压、高速特性，适用于EV电机驱动、光伏升压变换器等领域；比邻驱动TM芯片符合车规级可靠性标准，应用于AC/DC和DC/DC变换器、电机驱动等场景。

瞻芯电子 - 比邻驱动™芯片,SIC场效应晶体管,SIC MOSFET,IV2Q17080T4Z,IV3Q33050T4,IVCO1412ADQR,IVCO1411CDQR,IVCO1411ADQR,车载逆变器,电机驱动,轨交主驱逆变器,直流变换器,DC/DC变换器,AC/DC电源,医疗应用,光伏升压,高压DC/DC变换器,逆变器,EV空压机逆变器,光伏升压变换器,通信整流器,EV电机驱动,不间断电源,AC/DC变换器,服务器,UPS

2024-08 - 商品及供应商介绍代理服务技术支持采购服务

瞻芯电子紧凑型IVCR1412比邻驱动芯片助力多管并联均流，集成负压和抗米勒效应，消除栅极电阻开关更快

在大功率变换系统中，多管并联能提升电流承载能力，增加输出功率，常用于电机驱动、电动汽车、电力传输等场景。但多管并联均流是一大挑战，这影响了系统中器件的温度分布，进而影响系统可靠性，最终成为限制系统功率和效率的瓶颈。为了实现多管并联均流，瞻芯电子基于SiC MOSFET和SiC专用·比邻驱动™IVCR1412芯片开展了均流研究，在不同均流驱动方案和不同条件下，测试影响均流的因子，以提供均流方案建议。

2024-01-31 - 应用方案代理服务技术支持采购服务