在电力电子行业的发展过程中,半导体技术起到了决定性作用。其中,功率半导体器件一直被认为是电力电子设备的关键组成部分。随着电力电子技术在工业、医疗、交通、消费等行业的广泛应用,功率半导体器件直接影响着这些电力电子设备的成本和效率。自从二十世纪五十年代真空管被固态器件代替以来,以硅(Si)材料为主的功率半导体器件就一直扮演着重要的角色。
20 世纪90 年代以来,碳化硅(silicon carbide,SiC)MOSFET 技术的迅速发展,引起人们对这种新一代功率器件的广泛关注。
而从工艺来区分,SiC MOSFET 可分为平面结构与沟槽结构,两种工艺各有优劣。平面结构的优点 在于工艺简单,单元一致性较好,雪崩能量较高;缺点在于存在 JFET 效应,从而增加 通态电阻,寄生电容也较大。沟槽结构的优点在于没有 JFET 效应,寄生电容小,开关 速度快,开关损耗低;缺点在于工艺复杂,单元一致性较差。
海外大厂技术路线差异大,两种结构共存。意法半导体与 Wolfspeed 的产品目前为 平面结构,同时也在研究沟槽结构方案;英飞凌的产品专注于沟槽结构,采用的半包沟 槽结构性能较好;罗姆的产品自 2015 年从平面结构转型为沟槽结构,此后一直沿用; 安森美的产品虽然是平面结构,但在沟槽结构已积累 20 份有关专利。
目前平面与沟槽器件结构已经形成共存,但是平面型SiC MOSFET由于具备天然的可靠性优势,更容易被市场认可。当然,如果未来栅极介质层的可靠性问题得到彻底解决,更紧凑的沟槽型SiC MOSFET仍然具有巨大的发展潜力。
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