使用SiC技术攻克汽车挑战
SiC器件的制造需要使用专用生产线，这是因为半导体的物理特性(掺杂剂的极低扩散性和晶格的复杂性)，以及市场现有晶片的直径尺寸较小(150mm)，特别是离子注入或掺杂剂激活等工艺与半导体器件制造工艺中使用的常规层不相容[1]。
因此，这些特异性需要特殊的集成方案。
使用这些方法将可以实现截止电压高于1200V和1700V的两种SiC功率MOSFET，电流强度为45A，输出电阻小于100mΩ。
这些器件将采用HiP247新型封装，该封装是专为SiC功率器件设计，以提高其散热性能。SiC的导热率是硅[2]的三倍。以意法半导体研制的SiC MOSFET为例，即使在200°C以上时，SiC MOSFET也能保持高能效特性。
WInSiC4AP项目的SiC MOSFET开发活动主要在2018年进行。图3、图4、图5分别给出了器件的输出特性、阈值电压和击穿电压等预测性能。
图3 ： SiC SCT30N120中MOSFET在25和200℃时的电流输出特性。
在整个温度范围内，输出电阻远低于100 mOhm; 当温度从25℃上升到200℃时，阈值电压值(Vth)降低了600mV，击穿电压(BV)上升了约50V，不难看出，SiC MOSFET性能明显高于硅MOSFET。
图4 ：SiC SCT30N120中的MOSFET在25和200°C时的阈值电压
图5： SiC SCT30N120中MOSFET在25和200°C时的击穿电压特性
从其它表征数据可以看出，随着温度从25℃上升至200℃，开关耗散能量和内部体漏二极管的恢复时间保持不变。
本项目开发的新器件将会实现类似的或更好的性能。Rdson降低是正在开发的SiC MOSFET的关键参数。最低的Rdson值将帮助最终用户实现原型演示品。
III. 功率模块
WInSiC4AP项目设想通过技术创新开发先进的封装技术，发挥新型SiC器件能够在高温[3,4]下输出大电流的性能优势。
关于封装技术，WInSiC4AP将一方面想在完整封装方案的高温稳健性方面取得突破，另一方面想要控制封装温度变化，最终目标是创造新的可靠性记录：
ü 可靠性是现有技术水平5倍多; 高温性能同样大幅提升
ü 能够在200°C或更高温度环境中工作。
项目将针对集成式SiC器件的特性优化封装方法，采用特别是模塑或三维立体封装技术，开发新一代功率模块，如图6所示。
图6： 新一代功率模块(here 3D)
考虑到SiC是一种相对较新的材料，SiC器件的工作温度和输出功率高于硅的事实，有必要在项目内开发介于芯片和封装(前工序和后工序)之间的新方法和优化功率模块。
事实上，为满足本项目将要开发的目标应用的功率要求，需要在一个功率模块内安装多个SiC器件(> 20个)。功率模块需要经过专门设计，确保器件并联良好，最大限度地减少导通损耗和寄生电感，开关频率良好(最小20kHz)。图7所示是本项目将使用的一个模块。
图7：STA5汽车功率模块(最大功率100kW)。
A. 缩略语
R&D 研发
SiC 碳化硅
PHEV 插电式混动汽车
BEV 纯电动汽车
FC 燃料电池
HEV 混动汽车
EV 电动汽车
II. 结论
得益于SiC材料的固有特性，新一代功率器件提高了应用能效，同时也提高了工作温度。
从项目的角度看，热动力汽车向混动汽车和最终的电动汽车发展，需要使用高效的先进的电子产品，我们预计碳化硅技术在新车中的应用将会对经济产生积极的影响。
致谢
WInSiC4AP项目已获得ECSEL JU(欧洲领先电子元件系统联盟)的资金支持(拨款协议No.737483)。该联盟得到了欧盟Horizon 2020研究和创新计划以及捷克共和国、法国、德国、意大利政府的支持。
参考文献
[1] T. Kimoto, J. Cooper, Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization, Devices and Applications, John Wiley & Sons, Singapore Pte. Ltd. (2014)
[2] F. Roccaforte, P. Fiorenza, G. Greco, R. Lo Nigro, F. Giannazzo, A. Patti, M. Saggio, Phys. Status Solidi A 211, No. 9, 2063–2071 (2014)
[3] M. Saggio, A. Guarnera, E. Zanetti, S. Rascunà, A. Frazzetto, D. Salinas, F. Giannazzo, P. Fiorenza, F. Roccaforte, Mat. Sci. Forum 821-823 (2015) pp. 660-666.
F. Roccaforte, P. Fiorenza, G. Greco, R. Lo Nigro, F. Giannazzo, F. Iucolano, M. Saggio, Microelectronic Engineering, 187-188 (2018) 66-
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