截至目前, 丰田、现代和吉利 等多家车企的主驱都已采用沟槽栅SiC MOSFET,其供应商包括 电装、英飞凌、博世和罗姆 等。
中国方面,多家公司也将沟槽SiC MOSFET作为技术开发重点,甚至已有一家 国内企业 已经量产了 沟槽SiC MOSFET ,其成本相比平面SiC MOSFET可 降低40% 。目前该产品正在进行 上车验证 ,预计 明年 即将在国内的 自有晶圆厂 完成流片。
沟槽SiC MOS频频上车 丰田、现代、吉利均采用
2022年,SiC MOSFET继续上车。据公开报道不完全统计,今年1-7月,全球新增了 多款SiC车型 ,包括:丰田旗下的雷克萨斯RZ、现代旗下IONIQ6、吉利旗下的Smart精灵#1 以及蔚来旗下的ES7等。
有趣的是,除了蔚来外,上述车型都采用了 沟槽栅SiC MOSFET 供应商,包括 电装、博世、英飞凌、罗姆。
2022年沟槽栅SiC MOSFET“上车”概况
相对而言, 平面栅SiC MOSFET 工艺复杂度没那么高,而且开发历史比较长,国内外相关产品较早实现量产,并且在 特拉斯、比亚迪 等众多车企带动下,平面栅SiC MOSFET功率模块自2018年就进入了主驱逆变器。
反观沟槽栅SiC MOSFET的发展则较为缓慢,主要受限于工艺水平和栅氧可靠性等问题,比如栅极沟槽底部电场集中,通常会引发 长期可靠性 问题。
两种SiC MOSFET的对比来源:英飞凌
尽管如此,国内外依旧有众多的企业和机构在研发沟槽栅 SiC MOSFET,因为这种结构理论上,可以最大限度地发挥SiC材料的特性,尤其是可以进一步 降低器件成本和导通电阻 。
碳化硅在轨道交通、新能源汽车、光伏发电、航空航天等领域具有广阔前景,但行业人士透露,目前碳化硅器件的价格仍然是硅器件的 4倍左右 ,因此仅在一些对体积和效率要求比较高的场景,SiC MOSFET的渗透率会快一些,所以亟需降低成本以加速打入更多应用场景。
碳化硅有助于实现系统微型化
从理论上来看,平面栅 SiC MOSFET的沟道迁移率低,相较之下,沟槽栅SiC MOSFET则呈现出更佳的电学特性,其优势包括: 元胞密度高 、 导通损耗低 、 开关性能强 等。
据罗姆集团数据,与他们的第2代平面栅SiC MOSFET相比,其第三代双沟槽SiC MOSFET的导通电阻降低 约50% ,输入电容降低 约35% 。同时芯片的间距尺寸也更小,单片晶圆的芯片数量就更多,因此单颗器件的成本具备进一步扩展的潜力。
沟槽栅SiC MOSFET可降低电阻(粉色方框)
为此,罗姆外、英飞凌、博世、电装等众多国内外企业都在开发沟槽栅产品,且多家企业的产品已经成功 量产 ,意法半导体、安森美等企业也在布局开发自己的沟槽栅SiC MOSFET。
沟槽栅SiC MOSFET代表厂商
从今年上车的情况来看,博世、英飞凌和罗姆等企业似乎已经针对沟槽栅SiC MOSFET的可靠性课题,找到了缓和栅极沟槽底部的 电场集中问题 的技术和工艺,来确保产品 长期可靠性 。
安海半导体沟槽SiC MOS量产 成本可降低40%
设计、制造 高性能 的沟槽栅SiC MOSFET也是我国SiC功率器件发展的当务之急,部分企业、事业单位已经将研究的重心转移至沟槽栅SiC MOSFET,比如 杭州电子科技大学、香港科技大学 等。
此外,安海半导体——早在2018年就启动 SiC MOS 的项目研发,分别于2019年、2020年研发成功第一代平面SiC MOS和第二代平面SiC MOS,并已成功量产,其中 1200V产品 在国内标杆主机厂率先获得大规模 上车出货 。
值得注意的是,安海半导体还在2022年初成功研发出 第一代沟槽栅SiC MOS ,单芯片内阻达到新能源主驱应用级别: 1200V 15mΩ的SiC MOSFET ,芯片面积相较目前国外知名品牌同规格的SiC MOS都要小(单芯片面积小于20mm²),目前已实现量产,正在上车验证中。
目前安海 第二代 沟槽栅SiC MOS也正在抓紧研发中,有望于 2023年初 在国内自有晶圆厂完成流片,将实现比第一代沟槽栅 更小 的芯片面积, 更高 的电流密度。安海同期联合国内衬底材料公司以实现材料、设计、工艺、生产制造全产业链的国产自主可控。