在當今快速發(fā)展的光伏、充電和電動汽車行業(yè)中，碳化硅（SiC）功率半導體的應用日益廣泛。盡管其潛力巨大，但如何在高功率SiC MOSFET中達到性能、魯棒性、可靠性和易用性的最佳平衡仍是一大挑戰(zhàn)。比導通電阻是衡量SiC MOSFET技術先進性的關鍵參數(shù)，然而，諸如可靠性等其他標準同樣不可忽視。英飛凌通過其CoolSiC?產品系列展示了如何克服這些難題，為市場提供了兼具高性能與高可靠性的解決方案。

高可靠性設計：超越IGBT的故障率

長久以來，人們普遍認為SiC器件在可靠性方面不如傳統(tǒng)的硅基IGBT。然而，根據英飛凌對其售出的2300萬片CoolSiC? MOSFET芯片的調研數(shù)據，事實證明這一觀點并不成立。實際上，無論是分立器件還是模塊，CoolSiC?產品的每百萬分之一故障率（FIT）均低于成熟的硅IGBT。這主要歸功于柵極氧化層可靠性和宇宙射線故障率的有效管理。

柵氧化層厚度：性能與可靠性的橋梁

SiC MOSFET的核心結構分為平面型(planar)和溝槽型(trench)兩種。盡管業(yè)界通常認為溝槽柵型器件在可靠性上更具挑戰(zhàn)性，但英飛凌采用了一種獨特的策略來解決這一問題。具體來說，柵氧化層作為連接柵極與硅片之間的薄層，對SiC MOSFET的閾值電壓、導通電阻、柵極電壓范圍及整體可靠性至關重要。

研究發(fā)現(xiàn)，英飛凌SiC MOSFET的柵氧化層厚度接近硅基IGBT，顯著厚于其他供應商的產品。這種較厚的柵氧化層不僅有助于提升SiC MOSFET的可靠性，同時僅需犧牲少量的導通電阻即可獲得大幅提高的穩(wěn)定性。不論是平面型DMOS還是溝槽型TMOS，都遵循了這一權衡曲線。

嚴格的篩選過程確保長期可靠性

為了進一步保證器件的長期可靠性，英飛凌在其生產流程中引入了嚴格的篩選機制。通過對柵極施加較高的電壓，可以有效識別并剔除含有缺陷的芯片，從而確保交付給客戶的每一顆CoolSiC? MOSFET都能提供卓越的性能和可靠性。此外，由于SiC材料上的二氧化硅層相比硅基材料存在更多缺陷，英飛凌團隊特別關注柵氧化層的厚度選擇，以最大限度減少潛在的失效風險。

溝槽柵的優(yōu)勢：更高的電子遷移率

不同于平面型SiC MOSFET傾向于使用較高的柵極驅動電壓或非常薄的柵氧化層，溝槽型設計允許采用更厚的柵氧化層，同時保持較低的溝道電阻。這是因為垂直晶面上形成的SiC-SiO2界面具有更低的狀態(tài)密度與氧化層陷阱，使得溝道電阻顯著降低。因此，即使采用較厚的柵氧化層，溝槽型SiC MOSFET也能展現(xiàn)出優(yōu)異的性能表現(xiàn)。

結語

自1990年代開始探索碳化硅技術以來，英飛凌始終致力于開發(fā)既能滿足市場需求又能超越傳統(tǒng)硅技術可靠性的創(chuàng)新產品。通過專注于溝槽柵結構的設計，并結合先進的工藝技術，英飛凌成功地將高可靠性融入到CoolSiC? MOSFET的設計之中。這一戰(zhàn)略決策不僅提升了器件的整體性能，同時也顯著降低了故障率，為客戶帶來了前所未有的價值體驗。隨著技術的不斷進步，我們有理由相信，未來的SiC功率半導體將在更多領域展現(xiàn)其無限潛力。