本文是作者2024年“第十八屆中國半導體行業協會半導體分立器件年會”演講稿第二部分，第一部分請見《英飛凌碳化硅SiC技術創新的四大支柱綜述（一）》。

英飛凌SiC技術創新到豐富產品的

四大支柱

SiC技術創新到豐富產品的四個支柱簡單講，就是技術，質量，產量和產品。

技術優勢

要做好碳化硅MOSFET，在技術上需要做好兩件事情：

性能穩定的體二極管

垂直結構的功率MOSFET（如CoolSiC器件）通過體二極管提供反向導通路徑，可以用作變流器中的續流二極管。由于SiC的寬帶隙，該二極管的轉折電壓VT約為3V，相對較高。這意味著完全依賴其續流，連續工作將導致高導通損耗。

為了提高變流器效率，在系統設計中會利用單極性器件的優勢，采用同步整流來續流以降低導通損耗，但死區時間內二極管的特性和表現依然很重要。

由于SiC MOSFET是高速器件，死區時間可以設計得很短，應用電路中的典型死區時間在150ns至1μs之間。較短的死區時間可以顯著減少反向恢復損耗、過電壓和相關的振蕩行為。條件是體二極管的特性和得當的外部電路設計，如驅動電路采用EiceDriver磁隔驅動器，SiC MOSFET可以在非常快的開關速度下工作。

對于SiC MOSFET，在最大工作溫度和電流下，體二極管關斷期間，大量的雙極電荷存儲在體二極管中，關斷時產生反向恢復電流。器件中和外部電路的寄生電感會抑制電流變化，導致體二極管的dv/dt很高，以導致電場迅速掃除漂移區中的自由載流子。如果在器件電流自然降低到零之前發生這種情況，那么，剩余的器件電流可能會在高di/dt下瞬變，并導致器件出現不希望的過沖電壓和發生跳變（snap-off）效應。

體二極管的反向恢復特性在應用環境中會產生各種損耗、振蕩和電磁兼容性問題。參考微信文章：深入剖析高速SiC MOSFET的開關行為。

柵極氧化層的可靠性

英飛凌CoolSiC溝槽型MOSFET具備優異的柵極氧化層可靠性，生產工藝和質檢流程經過20余年不斷優化，讓芯片和封裝始終保持領先優勢，2016年上市8年來質量一直很穩定。

碳化硅MOSFET和二極管的性能已在光伏逆變器、電動汽車充電和電動汽車等各種應用中得到驗證，是大家公認的。

盡管如此，基于碳化硅的MOSFET產品在性能，成本上有進一步提高潛力，芯片設計中要在性能、堅固性和可靠性之間選擇適當的平衡。

MOSFET器件追求低的導通電阻，型號命名就是按照電阻值命名的，在相同芯片面積下實現更小的導通電阻，這樣器件的成本就更低。但設計產品時還需要考慮與實際電力電子系統設計相關的其他各個方面，例如足夠的可靠性，包括柵極氧化層的可靠性、防寄生導通的抗干擾能力，驅動易用性，高的VGSth以及可靠地0V關斷的能力。

英飛凌很早就決定投資開發溝槽這一工藝復雜的結構。

由于碳化硅晶體的各向異性，與碳化硅水平界面相比，垂直界面上的SIC-SIO2缺陷密度較低,這使得柵氧化物可靠性更容易控制，這是獲得類似于硅的可靠性的不可多得的先決條件。

其次，溝槽技術的有很多好處，非常適合未來的技術發展路線圖，在半導體制造過程中，垂直比橫向更容易控制，功率密度更高，現代硅器件發展趨勢是溝槽柵，溝槽柵MOSFET已經取代了平面柵MOSFET。

關于碳化硅可靠性是一個很大的話題，我們有《英飛凌如何控制和保證基于SiC的功率半導體器件的可靠性》一本3萬字的白皮書，JEDEC也陸續出版了關于碳化硅可靠性的出版物JEP。

JEP184用于電力電子變換的碳化硅金屬氧化物半導體器件偏置溫度不穩定性評估指南 2021年3月

JEP194碳化硅功率MOSFET柵極氧化層可靠性和穩健性評估程序指南 2023年2月

JEP195用于電力電子變換的碳化硅金屬氧化物半導體器件柵極開關不穩定性評估指南 2023年2月

質量優勢

CoolSiC是最可靠的碳化硅技術。

高質量和高可靠性可以從4個方面看，除了已經提到的柵極氧化可靠性和穩定的體二極管，從生產角度講還有生產工藝的開發和以應用為中心的質檢流程，輔以針對SiC的特定篩選措施確保卓越質量。JEDEC出版物，SiC MOSFET評估指南標題都冠以“用于電力電子變換的”。

產量優勢

產量是半導體行業最重要的三個競爭優勢之一，技術和產品，產量（產能）和應用服務。

我們碳化硅前道和后道都是有自有產線支持，便于控制質量、交貨和工藝開發。

穩定生產和供應鏈保障，英飛凌是從三個方面著手：

1.

全球多渠道碳化硅晶圓和晶錠采購戰略，與知名供應商密切合作，不斷篩選培育市場上的新供應商

2.

提高生產效率，降低成本，收購 SILTECTRA公司實現冷切割技術的產業化，可在切割晶圓工藝過程中將損耗降至最低

3.

投資內部生產能力，擴大奧地利菲拉赫和馬來西亞居林的碳化硅產能

英飛凌簽了5家晶圓和晶錠供應商，其中2家來自中國。

從供應商的發展潛力來看，目前前4家供應商的市場份額為80%，預測為幾年后產能為3400kpcs，增長為260%。山東天岳和天科合達這些市場新秀產能將成倍增長，份額將達到30%。

產品優勢

英飛凌按照客戶和應用的需求開發產品，現已有7個電壓等級，在英飛凌官網上你能找到294個SiC MOSFET產品，405個各種驅動器產品（截止到2024年12月），還有很多評估板。

我們功率半導體產量是最大的，IGBT單管和模塊的全球市場份額都是第一。

CoolSiC進入到第二代G2產品

英飛凌已經推出第二代碳化硅MOSFET產品，G2的性能優化改善有四個維度，這一頁的數據是以1200V，26和30毫歐為例。

這4個維度都和RDSON相關：

1.

光伏，儲能，電動汽車充電和電機驅動這類應用會用到硬開關電路，RDSONxQGD(mΩ*μC)很重要，G2有了明顯地提升, 領先于第二名17%。

2.

軟開關中追求低的RDSONxQOSS(mΩ*μC)，目前大家水平差不多，我們第二代也是最好的，領先于第二名7%。

3.

在輕載應用，為了實現更高的效率，要考慮RDSONxEOSS(mΩ*μJ)，我們第二代也是最好的，領先于第二名4%。

4.

RDSxQG(mΩ*μC)是典型的MOSFET考核指標，值越低所需要的驅動功率越小，可實現更高的開關頻率，領先第二名友商12%。

CoolSiC MOSFET性能更加出色：

G2與G1的比較

英飛凌已經在陸陸續續推出第二代的碳化硅產品，其性能在各方面有了長足的提升。

1.

提高芯片性能：英飛凌產品是針對特定應用要求優化，所以看芯片性能提升也應該在典型負載使用情況下，在典型負載使用情況下，功率損耗降低5%~20%

2.

.XT封裝互連技術使用擴散焊工藝，改進了的芯片和封裝基板之間的焊接技術。與以前的標準焊接技術相比，.XT連接技術將焊料層的厚度大大減小，同時，擴散焊也大大降低了空洞的概率，這都直接有利于熱阻（RthJC）的降低。

第二代G2 SiC MOSFET結殼熱阻Rth,j-c可降低12%，因此可以在保持相同的溫升時輸出更大的電流，或者在結溫上升較低時保持相同的電流能力。也有可能在兩者之間取得平衡，從而降低溫升和提高輸出電流。這不僅提高了系統的輸出電流能力，而且延長了器件的使用壽命。

3.

同類最佳的RDS(on)，市場上最精細的產品組合。D2PAK封裝有12個型號實現了最佳產品選擇，1200V G1最大規格為30mΩ，而G2最大規格8mΩ。TO247通孔封裝G2最大規格可達7mΩ。

4.

過載運行溫度高達Tvj=200°C，這比上一代提升了寶貴的25°C，提高了器件輸出電流能力。

5.

一些技術細節還包括，在數據手冊中規定的高溫下最大RDS(on)，提高了最大柵極-源極電壓到+23V，短路額定值2us，并具有雪崩穩健性等。

G2產品：