丰田、现代等都用沟槽SiC MOS！国产也有大突破？

2022年已过大半，如果要用关键词总结上半年碳化硅产业现象，那么沟槽栅SiC MOSFET“上车”应有一席。

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

来源：行家说三代半

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

来源：《2022碳化硅（SiC）产业调研白皮书》

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，“行家说三代半”在走访时了解到：国内碳化硅企业——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。

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据介绍，安海半导体成立于2017年9月，公司主营功率器件产品及模块的设计与生产、工艺开发、销售以及技术服务；2019年获济南市政府与富士康半导体联合投资，是国内SiC设计公司中最早获得投资且金额过亿的企业。

安海负责人介绍，相较于目前流行的平面型SiC MOSFET，该沟槽栅产品的芯片面积可缩小40%，这是因为其沟槽栅工艺采用纵向结构，而非栅横向结构，这样可以大幅度减小SiC MOSFET芯片面积，因此能够帮助客户大幅降低采用SiC MOSFET的成本。

沟槽工艺提高鲁棒性，可靠性

除了成本优势外，安海量产的沟槽SiC MOSFET在产品抗冲击性、一致性方面也实现领先，尤其短路能力达到10微秒。

据悉，安海公司具有自主知识产权的沟槽栅结构和技术工艺，可根据不同设备的工艺能力来进行其结构设计。

这些独有的设计和工艺，不仅能够降低器件尺寸和成本，同时能够优化SiC MOSFET体内二极管性能，器件鲁棒性可达到较高水准；内部金属互联设计，可以大幅度减小杂散电感；此外，其芯片与外界的金属引线设计中，通过钝化及其金属间距离优化设计，避免了高压爬电起弧。

宽的安全工作区间也是安海SiC MOSFET显着优势，除此以外，安海也解决了由于阈值漂移导致的长期应用中出现的可靠性的问题。

众所周知，SiC MOSFET在长期的门极电应力下会产生阈值漂移现象。就静态门极偏置而言，针对Si器件阈值特性的标准测试流程并不适用于SiC MOSFET。安海从实际应用出发，通过栅氧工艺改进与调整门极驱动，并配合安海自有开发的筛选手段，使SiC MOSFET阈值漂移限制在系统容忍的范围内，达到提高系统稳定性，降低失效率的目的，能够让用户使用更安全、更稳定。

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