碳化硅发展势头强 英飞凌650V CoolSiC MOSFET推高创新浪潮

近期，多家公司发布了碳化硅（SiC）方面的新产品。作为新兴的第三代半导体材料之一，碳化硅具备哪些优势，现在的发展程度如何？

不久前，碳化硅的先驱英飞凌科技公司推出了650V 的 CoolSiC™ MOSFET ，值此机会，电子产品世界访问了英飞凌电源管理及多元化市场事业部大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源先生。

英飞凌 电源管理及多元化市场事业部 大中华区开关电源应用 高级市场经理 陈清源

碳化硅与氮化镓、硅材料的关系

碳化硅MOSFET是一种新器件，使一些以前硅材料很难被应用的电源转换结构，例如电流连续模式的图腾柱 PFC(CCM mode Totem Pole PFC)成为可行，另外由于价格高于同等级的硅器件，所以市场上对其应用经验还需不断积累增加。好消息是碳化硅在使用上的技术门槛并不高，相信假以时日，碳化硅器件会在服务器、数据中心、通讯系统的开关电源，工业电源，太阳能逆变器， UPS (不间断电源)，电池化成(formation)电源，充电桩等领域得到广泛的应用。

与另一种宽带隙器件氮化镓（GaN）相比，碳化硅器件商用历史更长，因此技术和市场的接受程度都更加广泛。

英飞凌是市场上唯一能够提供涵盖硅、碳化硅和氮化镓等材料的全系列功率产品的制造商。此次新产品的发布意义之一在于：完善了其600V/650V细分领域的硅基、碳化硅以及氮化镓功率半导体产品组合。那么，英飞凌如何平衡三者的关系？

陈清源经理指出，不同的客户因为各自的应用场景和技术储备，而对三种材料的器件有不同程度的使用。硅材料由于技术成熟度最高，以及性价比方面的优势，所以未来依然会是各个功率转换领域的主要器件。而氮化镓器件由于在快速开关性能方面的优势，会在追求高效和高功率密度的场合，例如数据中心、服务器等，有较快的增长。在三种材料中，碳化硅的温度稳定性和可靠性都被市场验证，所以在对可靠性要求更高的领域，例如汽车和太阳能逆变器等，可看到较快的增长。

650V CoolSiC™ MOSFET 的特点及工艺

650V CoolSiC™ MOSFET器件的额定值在27 mΩ~107 mΩ之间，既可采用典型的TO-247 3引脚封装，也支持开关损耗更低的TO-247 4引脚封装。与过去发布的所有英飞凌CoolSiC™ MOSFET产品相比，全新650V系列基于先进的沟槽半导体技术。通过最大限度地发挥碳化硅强大的物理特性，确保了器件具有出色的可靠性、开关损耗和导通损耗。此外，它们还具备高的跨导水平（增益）、4V的阈值电压（V_th）和短路稳健性。总而言之，沟槽技术可以在毫不折衷的情况下，在应用中实现最低的损耗，并在运行中实现最佳可靠性。

与市面上其它硅基以及碳化硅解决方案相比，650V CoolSiC™ MOSFET能够带来更加吸引人的优势：更高开关频率下更优的开关效率以及出色的可靠性。得益于与温度相关的超低导通电阻（R_DS(on)），这些器件具备出色的热性能。此外，它们还采用了坚固耐用的体二极管，有非常低的反向恢复电荷：比英飞凌最佳的超结CoolMOS™ MOSFET低80%左右。其换向坚固性，更是轻松实现了98%的整体系统效率，如通过连续导通模式图腾柱功率因素校正（PFC）。

为了简化采用650V CoolSiC™ MOSFET的应用设计，确保器件高效运行，英飞凌还提供了专用的单通道和双通道电气隔离EiceDRIVER™栅极驱动器IC。该方案（整合了CoolSiC™开关和专用的栅极驱动器IC）有助于降低系统成本和总拥有成本，以及提高能效。CoolSiC™ MOSFET可与其它英飞凌EiceDRIVER™栅极驱动器系列IC无缝协作。

谈到下一步发展计划，陈清源经理称，此次发布的新产品针对的是对效率、功率密度以及可靠性要求很高的诸多应用，包含2款插件封装，有8款器件；接下来，英飞凌将会陆续发布基于贴片(SMD)封装的产品。

在总体工艺方面，英飞凌拥有从晶圆到封测齐全的制造体系，此次发布的新产品采用6英寸晶圆生产线制造。值得一提的是，目前市面上的碳化硅MOSFET所使用的工艺，通常采用相对较薄的栅氧化层(gate oxide)，以取得导通阻抗和门极可靠性之间的折衷。而英飞凌所采用的特殊沟槽工艺，使 CoolSiC™ MOSFET 可以在增加沟道的电子迁移率(channel mobility)的同时提高门极的可靠性。

英飞凌碳化硅的优势

英飞凌的碳化硅产品主要有四大优势。

1）有丰富的碳化硅器件研发和制造经验。英飞凌早在2001年就在业界率先推出碳化硅二极管，现已成为世界的主要供应商和领导厂商。

2）很早就开始了面向客户应用系统的设计理念，使所开发的产品符合目标应用的性能要求。

3）高标准的质量体系，英飞凌有超出业界通常水准的产品质量规格。

4）拥有强大而稳定的的制造和物流系统，因此即使在最具挑战的供需环境中，也能保障对客户承诺的的交付。例如，现在突如其来的新冠肺炎疫情对英飞凌的影响不太大，因为疫情已在中国得到了较好的遏制，英飞凌在国内的制造系统已全面恢复正常生产，因此在交付方面没有受到影响；另一方面，英飞凌采取了审慎的措施和步骤，使销售和技术支持团队也逐步恢复原有的节奏。

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参考链接：英飞凌650V CoolSiC MOSFET官方新闻稿