碳化硅發(fā)展勢頭強 英飛凌650V CoolSiC MOSFET推高創(chuàng)新浪潮

近期，多家公司發(fā)布了碳化硅（SiC）方面的新產(chǎn)品。作為新興的第三代半導(dǎo)體材料之一，碳化硅具備哪些優(yōu)勢，現(xiàn)在的發(fā)展程度如何？

不久前，碳化硅的先驅(qū)英飛凌科技公司推出了650V 的 CoolSiC? MOSFET ，值此機會，電子產(chǎn)品世界訪問了英飛凌電源管理及多元化市場事業(yè)部大中華區(qū)開關(guān)電源應(yīng)用高級市場經(jīng)理陳清源先生。

英飛凌 電源管理及多元化市場事業(yè)部 大中華區(qū)開關(guān)電源應(yīng)用 高級市場經(jīng)理 陳清源

碳化硅與氮化鎵、硅材料的關(guān)系

碳化硅MOSFET是一種新器件，使一些以前硅材料很難被應(yīng)用的電源轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，例如電流連續(xù)模式的圖騰柱 PFC(CCM mode Totem Pole PFC)成為可行，另外由于價格高于同等級的硅器件，所以市場上對其應(yīng)用經(jīng)驗還需不斷積累增加。好消息是碳化硅在使用上的技術(shù)門檻并不高，相信假以時日，碳化硅器件會在服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心、通訊系統(tǒng)的開關(guān)電源，工業(yè)電源，太陽能逆變器， UPS (不間斷電源)，電池化成(formation)電源，充電樁等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

與另一種寬帶隙器件氮化鎵（GaN）相比，碳化硅器件商用歷史更長，因此技術(shù)和市場的接受程度都更加廣泛。

英飛凌是市場上唯一能夠提供涵蓋硅、碳化硅和氮化鎵等材料的全系列功率產(chǎn)品的制造商。此次新產(chǎn)品的發(fā)布意義之一在于：完善了其600V/650V細分領(lǐng)域的硅基、碳化硅以及氮化鎵功率半導(dǎo)體產(chǎn)品組合。那么，英飛凌如何平衡三者的關(guān)系？

陳清源經(jīng)理指出，不同的客戶因為各自的應(yīng)用場景和技術(shù)儲備，而對三種材料的器件有不同程度的使用。硅材料由于技術(shù)成熟度最高，以及性價比方面的優(yōu)勢，所以未來依然會是各個功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的主要器件。而氮化鎵器件由于在快速開關(guān)性能方面的優(yōu)勢，會在追求高效和高功率密度的場合，例如數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器等，有較快的增長。在三種材料中，碳化硅的溫度穩(wěn)定性和可靠性都被市場驗證，所以在對可靠性要求更高的領(lǐng)域，例如汽車和太陽能逆變器等，可看到較快的增長。

650V CoolSiC? MOSFET 的特點及工藝

650V CoolSiC? MOSFET器件的額定值在27 mΩ~107 mΩ之間，既可采用典型的TO-247 3引腳封裝，也支持開關(guān)損耗更低的TO-247 4引腳封裝。與過去發(fā)布的所有英飛凌CoolSiC? MOSFET產(chǎn)品相比，全新650V系列基于先進的溝槽半導(dǎo)體技術(shù)。通過最大限度地發(fā)揮碳化硅強大的物理特性，確保了器件具有出色的可靠性、開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。此外，它們還具備高的跨導(dǎo)水平（增益）、4V的閾值電壓（V_th）和短路穩(wěn)健性。總而言之，溝槽技術(shù)可以在毫不折衷的情況下，在應(yīng)用中實現(xiàn)最低的損耗，并在運行中實現(xiàn)最佳可靠性。

與市面上其它硅基以及碳化硅解決方案相比，650V CoolSiC? MOSFET能夠帶來更加吸引人的優(yōu)勢：更高開關(guān)頻率下更優(yōu)的開關(guān)效率以及出色的可靠性。得益于與溫度相關(guān)的超低導(dǎo)通電阻（R_DS(on)），這些器件具備出色的熱性能。此外，它們還采用了堅固耐用的體二極管，有非常低的反向恢復(fù)電荷：比英飛凌最佳的超結(jié)CoolMOS? MOSFET低80%左右。其換向堅固性，更是輕松實現(xiàn)了98%的整體系統(tǒng)效率，如通過連續(xù)導(dǎo)通模式圖騰柱功率因素校正（PFC）。

為了簡化采用650V CoolSiC? MOSFET的應(yīng)用設(shè)計，確保器件高效運行，英飛凌還提供了專用的單通道和雙通道電氣隔離EiceDRIVER?柵極驅(qū)動器IC。該方案（整合了CoolSiC?開關(guān)和專用的柵極驅(qū)動器IC）有助于降低系統(tǒng)成本和總擁有成本，以及提高能效。CoolSiC? MOSFET可與其它英飛凌EiceDRIVER?柵極驅(qū)動器系列IC無縫協(xié)作。

談到下一步發(fā)展計劃，陳清源經(jīng)理稱，此次發(fā)布的新產(chǎn)品針對的是對效率、功率密度以及可靠性要求很高的諸多應(yīng)用，包含2款插件封裝，有8款器件；接下來，英飛凌將會陸續(xù)發(fā)布基于貼片(SMD)封裝的產(chǎn)品。

在總體工藝方面，英飛凌擁有從晶圓到封測齊全的制造體系，此次發(fā)布的新產(chǎn)品采用6英寸晶圓生產(chǎn)線制造。值得一提的是，目前市面上的碳化硅MOSFET所使用的工藝，通常采用相對較薄的柵氧化層(gate oxide)，以取得導(dǎo)通阻抗和門極可靠性之間的折衷。而英飛凌所采用的特殊溝槽工藝，使 CoolSiC? MOSFET 可以在增加溝道的電子遷移率(channel mobility)的同時提高門極的可靠性。

英飛凌碳化硅的優(yōu)勢

英飛凌的碳化硅產(chǎn)品主要有四大優(yōu)勢。

1）有豐富的碳化硅器件研發(fā)和制造經(jīng)驗。英飛凌早在2001年就在業(yè)界率先推出碳化硅二極管，現(xiàn)已成為世界的主要供應(yīng)商和領(lǐng)導(dǎo)廠商。

2）很早就開始了面向客戶應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計理念，使所開發(fā)的產(chǎn)品符合目標(biāo)應(yīng)用的性能要求。

3）高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量體系，英飛凌有超出業(yè)界通常水準(zhǔn)的產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格。

4）擁有強大而穩(wěn)定的的制造和物流系統(tǒng)，因此即使在最具挑戰(zhàn)的供需環(huán)境中，也能保障對客戶承諾的的交付。例如，現(xiàn)在突如其來的新冠肺炎疫情對英飛凌的影響不太大，因為疫情已在中國得到了較好的遏制，英飛凌在國內(nèi)的制造系統(tǒng)已全面恢復(fù)正常生產(chǎn)，因此在交付方面沒有受到影響；另一方面，英飛凌采取了審慎的措施和步驟，使銷售和技術(shù)支持團隊也逐步恢復(fù)原有的節(jié)奏。

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參考鏈接：英飛凌650V CoolSiC MOSFET官方新聞稿