有目共睹，SiC功率半导体这几年的发展速率险些超出了统统东说念主预感。其中，由于SiC MOSFET具有取代现存的硅超等结（SJ）晶体管和IGBT技术的后劲，受到了尽头关注。

行业老敌手和新玩家纷繁涌入，加倍下注这个新兴市集。

实质上，SiC MOSFET的发展历史很是永久，人人SiC产业龙头Wolfspeed的前身Cree公司的首创东说念主之一John Palmour早在1987年就肯求了一项波及在SiC衬底上生成MOS电容器的结构，这项专利其后被视为促成SiC MOSFET降生的要津。

不外，由于衬底良率、制造工艺等问题，直到2010年傍边SiC MOSFET才恰当已矣买卖化。

彼时，Cree推出了市集上第一款SiC MOSFET，采纳平面栅结构的CMF20120D（另有说法称，2010年罗姆率先推出了首款平面型SiC MOSFET）。到了2015年，罗姆率先已矣沟槽栅结构SiC MOSFET的量产，这种结构更大略阐明SiC材料的性情，工艺更复杂。

经过近10年的发展，咫尺在SiC MOSFET的技术蹊径上，沟槽型SiC MOSFET正在被觉得是更有上风的技术蹊径和发展地点。

平面型 or 沟槽型？

在SiC MOSFET的技术蹊径之争上，一直有平面栅和沟槽栅两种不同的结构类型。

平面栅和沟槽栅都是垂直导电型的MOSFET，两者在结构上头有相似之处，源极在顶层，漏极在底层，两者的区别在栅极。

平面栅SiC MOSFET结构：是指栅极电极和源极电极在团结水平面上呈现“平面”散布，沟说念与衬底平行。平面栅结构的特色是工艺简便，单元的一致性较好，雪崩能量比较高。但是，平面栅SiC MOSFET器件由于JFET区的存在，输入电容较大，从而加多通态电阻，缩小了器件的电流智商。

沟槽型SiC MOSFET结构：是指栅极位于源极下方，在半导体材料中形成一个“沟槽”，沟槽栅结构中的沟说念和栅极是垂直于衬底的，这亦然与平面栅结构的一个显耀区别。尽管其工艺复杂，单元一致性比平面结构差。但是，由于沟槽结构莫得JFET效应，具有更高的沟说念密度，同期沟说念所在SiC晶面具有较高的沟说念迁徙率，因此大略已矣更低的比导通电阻，能已矣更大电流的导通和更宽的开关速率。

因此，新一代SiC MOSFET主要商议和采纳这种结构。

SiC功率MOSFET器件结构

相对而言，平面栅SiC MOSFET工艺复杂度没那么高，而且拓荒历史比较长，国表里探讨产物较早已矣量产，况且在特拉斯、比亚迪等繁密车企带动下，平面栅SiC MOSFET功率模块自2018年就进入了主驱逆变器。

但是，在削弱芯片尺寸，从而提高产量的经由中，平面栅SiC MOSFET的横向拓扑结构对其最终大略削弱的进度变成了收尾。

比较之下，沟槽型SiC MOSFET器件由于采纳了沟槽栅极结构，具有以下杰出优点:

导电沟说念由横向改为纵向，有用简陋了器件面积，功率密度大幅擢升；沟槽结构险些摒除了JFET区，使器件输入电容大幅减小，提高了开关速率，缩小了开关损耗；JFET区电阻也随之摒除，器件Rdson不错更低电流智商得到进一步擢升。

相较平面栅SiC MOSFET器件，沟槽型SiC MOSFET功率密度更大、开关速率更快、导通电阻及损耗更低，因而受到业内企业的高度关注。

无为的说，沟槽栅SiC MOSFET不错长入为在平面的基础上“挖坑”，外洋SiC厂商们正在通过沟槽栅来更大的阐明SiC的后劲。不外虽说各家都在“挖坑”，但是神志稍许有所不同，放眼望去，有的厂商挖一个坑，有的挖两个坑，还有的是斜着挖，各式技术结构洪水横流，百花都放。

业内几家沟槽栅SiC MOSFET暗示图

为此，SiC芯片供应商们尤其是外洋大厂都在阐明自家各自的措施，开动了对沟槽型SiC MOSFET的探索。

沟槽型SiC MOSFET，多方出击

在一众SiC器件头部供应商中，基本都仍是开动向沟槽栅MOSFET进行布局。

罗姆和英飞凌是率先转向沟槽SiC MOSFET的公司。据Yole阐彰着示，沟槽SiC MOSFET阵营咫尺从蓝本的罗姆和英飞凌仍是扩大到多家头部大厂，举例住友电工、三菱电机、电装、Qorvo（UnitedSiC）、ST、Wolfspeed、安森好意思半导体等等，都在从平面结构的MOSFET向沟槽结构转型。

罗姆：双沟槽结构

2015年，罗姆拓荒并量产了宇宙首个沟槽结构的SiC MOSFET，而且是双沟槽的结构。截止咫尺，罗姆的沟槽型SiC MOSFET仍是发展到了第四代，双沟槽结构同期具有源极沟槽和栅极沟槽。

罗姆双沟槽型SiC MOSFET结构

（图源：罗姆）

在一般的单沟槽结构中，电场集聚在栅极沟槽的底部，因此永久可靠性一直是个问题。而罗姆拓荒的双沟槽结构，在源区也成立了沟槽结构，玩忽了栅极沟槽底部的电场集聚，这种结构生效地缩小了电场，认真了对栅极沟槽处的氧化层破损，确保了永久可靠性，提高了器件性能。

据了解，在第4代SiC MOSFET中，罗姆进一步纠正了双沟槽结构，生效在改善短路耐受时辰的前提下，使导通电阻比第三代产物又缩小约40%；同期通过大幅缩小栅走电容，生效地使开关损耗比以第三代产物缩小约50%。

第4代SiC MOSFET与第3代的导通电阻、开关损耗比较（图源：罗姆）

罗姆预测，第4代SiC MOSFET从2023年起在其销售组成中的占比清闲加多，直至2024-2025年景为销售主力。

与其他尚在挑战首款量产沟槽栅产物的竞争敌手比较，罗姆已起始数个身位。按照其产物蹊径图，瞻望2025年和2028年将推出的第5代和第6代产物的导通电阻将会隔离再缩小30%。

罗姆的SiC MOSFET技术蹊径图

英飞凌：半包沟槽结构

人所共知，“挖坑”是英飞凌的家传本领。

在硅基产物时期，英飞凌的沟槽型IGBT和沟槽型的MOSFET就独步天地。跟着SiC时期的降临，市面上大部分的SiC MOSFET都是平面型元胞，而英飞凌依然延续了沟槽结构的蹊径。

英飞凌半包沟槽SiC MOSFET结构暗示图

2017年，英飞凌报说念了采纳半边导通结构的沟槽型SiC MOSFET器件，在栅极沟槽的一边形成导电沟说念。从上图看到，参杂毗邻沟槽中的区域是分歧称的，沟槽的左侧壁包含了MOS沟说念，它被瞄准到a-plane面，以已矣最好的沟说念迁徙率，沟槽底部的大部分被镶嵌到沟槽底辖下方的p型区域中。

该结构可保护沟槽拐角不受电场峰值影响，提高器件可靠性，同期能进一步擢升器件耐压，使得开关规定精好意思，动态损耗相当低。尽头是，该性情关于阻止使用半桥的拓扑中寄生导通引起的非凡损耗至关伏击。

英飞凌的CoolSiC MOSFET沟槽分立器件系列，采纳英飞凌私有的沟槽的神志，为其系统设想带来了许多公道，包括高可靠性、收尾提高、已矣高开关频率和高功率密度，缩小系统复杂性和总系统资本。

英飞凌在2016年推出了第一代CoolSiC系列SiC MOSFET，并在2022年更新了第二代产物，比较第一代增强了25%-30%的载电流智商。

产能方面，英飞凌咫尺主要通过特有的“冷切割”技术，减少晶锭切割经由中材料的阔绰，将来不错在换取晶锭中得回多一倍的碳化硅衬底来加多产能。另一方面，英飞凌客岁布告投资突出20亿欧元，对位于马来西亚的晶圆厂进行扩建，有益针对碳化硅晶圆进行扩产。

意法半导体：深挖平面后劲，布局沟槽

据Yole数据统计，人人碳化硅功率器件市集份额最高的厂商便是意法半导体（ST），同期凭借与特斯拉的互助，ST的SiC MOSFET产物亦然最早在电动汽车上被大限制应用的，自Model3车型开动，特斯拉就一直大限制采纳ST供应的碳化硅模块。

在芯片设想上，意法半导体执续深挖平面设想碳化硅MOSFET的技术后劲，2022年推出了第4代平面栅SiC MOSFET。比较上一代产物，第4代平面栅碳化硅的性能有所突出，包括导通电阻减少15%，责任频率加多一倍至1MHz。

而之前策画的沟槽栅产物则顺延成为意法半导体的第5代SiC MOSFET，咫尺应该在研发阶段，瞻望2025年量产。

意法半导体SiC MOSFET蹊径图

（图源：ST）

比较于平面型SiC MOSFET，沟槽型SiC MOSFET不错具有较小的导通电阻，寄生电容较小的同期开关性能更强。

产能方面，ST此前策画在2022财年参预21亿好意思元来扩大产能，包括扩建原有的6英寸碳化硅晶圆厂、2022参预运营的新加坡6英寸碳化硅晶圆厂。同期，2019年ST收购的瑞典碳化硅衬底坐褥商Norstel也开动进行8英寸碳化硅材料的测试，瞻望会在2025年前后不错在新加坡8英寸产线中应用。

安森好意思半导体：沟槽型产物在即

2021年第3季度，跟着收购衬底供应商GTAT的通过，安森好意思搭建了从碳化硅晶锭、衬底、器件坐褥到模块封装的垂直整合风光。

天然其中一些技俩的技术实力与各范围起始企业还有所差距，但其举座实力却更为平衡：与衬底龙头Wolfspeed比较，安森好意思的模块封测和量产阐明注解后来居上；与器件设想实力轶群的英飞凌比较，安森好意思又有来自GTAT碳化硅材料的加成。

从产物结构来看，安森好意思的第1代碳化硅MOSFET技术（M1）采纳平面设想，耐压等第为1200V。之后从中滋生出900V和750V耐压的规格，微不雅结构也改为Hex Cell设想，这两个调动相相通使得碳化硅MOSFET的导通电阻缩小了35%傍边。咫尺安森好意思推出的大部分碳化硅产物均基于M1与其滋生出的M2平台。

咫尺最新的一代碳化硅技术（M3）仍然采纳平面技术，但是改为受专利保护的Strip Cell设想，导通性能较上一代滋生版块再提高了16%。这一代产物将清闲成为公司的主力车规碳化硅平台，在电压规格上掩盖电动汽车主流的400V和800V平台。

据了解，安森好意思的下一代技术平台M4则会从平面结构升级为沟槽结构。与初代碳化硅技术比较，沟槽结构的SiC MOSFET在换取载电流的条件下不错减少很是的芯单方面积。如果再加上M4平台可能采纳8英寸晶圆坐褥，预期M4的资本较之前将显耀缩小。

事实上，安森好意思在沟槽栅方面仍是商议了好多年，也有很千般品在进行里面测试，其觉得独一的问题在于，过早的推出沟槽栅产物在可靠性方面还有一定的风险。是以安森好意思正在进行可靠性优化，擢升沟槽栅的专揽率。

同期，在擢升可靠性方面，安森好意思也在对沟槽栅进行摸底，在模范测试的基础上加一些觉得有风险的测试点，力争将风险搞了了。

另外，从封装角度讲，安森好意思提供各式不同的封装选项，还将推出下一代设想很强的封装，通过封装的不停迭代来适配不同的需求。

三菱电机：私有电场收尾结构

2019年，三菱电机也拓荒出了一种沟槽的SiC MOSFET，为了处罚沟槽型的栅极绝缘膜在高电压下的断裂问题，三菱电机基于在结构设想阶段进行的先进模拟，拓荒了一种私有的电场收尾结构，将应用于栅绝缘薄膜的电场减小到旧例平面型水平，使栅绝缘薄膜在高电压下得回更高的可靠性。

三菱电机的新式沟槽型SiC MOSFET结构暗示图

（图源：三菱电机）

三菱电机专揽私有的电场收尾结构确保器件可靠性，通过注入铝和氮来改变半导体层的电气性情，从而保护栅极绝缘膜。

具体来看，在垂直沟槽地点注入铝元素，使沟槽底部形成电场收尾层，再通过其新技术斜向注入铝，形成结合电场场收尾层和源极的侧接地，并斜向注入氮元素，再局部形成更容易导电的高浓度掺杂层。电场收尾层将施加在栅极绝缘膜上的电场缩小到传统平面结构水平，保证耐压的同期，提高器件的可靠性。结合电场收尾层和源极的侧接地，已矣了高速开关动作，减少开关损耗。

与平面结构比较，沟槽型器件Cell pitch更小，是以功率器件能摆设更多的元胞。元胞高密度摆设使得流动的电流变多，但各栅极的之间的停止太小就会导致旅途变窄，电流流动艰难。将氮元素斜向注入，在局部形成更容易导电的高浓度掺杂层，使电流旅途上的电流变得容易传输，从而缩小电运动路的电阻。与没用高浓度层比较，电阻率缩小了约25%。

Wolfspeed：平面栅SiC MOSFET上风未耗尽

看成一家在SiC行业中浸润了突出30年的企业，Wolfspeed偏激前身Cree在1991年就推出了第一派量产碳化硅衬底。深厚的阐明注解蕴蓄和历史千里淀让Wolfspeed的碳化硅衬底性能和质地独占鳌头，就连意法半导体、英飞凌和安森好意思等同业业竞争敌手都不得不用耗上亿好意思元向其采购。因此，Wolfspeed的碳化硅产物得回了至关伏击的先发上风，成为了通盘碳化硅行业的风向标。

在设想方面，Wolfspeed的碳化硅MOSFET采纳平面设想，咫尺处于第3代，涵盖650V到1200V之间的多个电压规格。与之前两代产物比较，Gen3 平面MOSFET采纳六边形晶胞微不雅设想，导通电阻较上一代Strip Cell减少了16%。

Wolfspeed Gen3 SiC MOSFET采纳Hex Cell的平面技术（开头：Wolfspeed）

据了解，Wolfspeed下一代产物将是沟槽栅设想，咫尺Gen4沟槽栅MOSFET仍在拓荒中，具体量产时辰还莫得袒露。

尽管也在布局沟槽结构，但从一开动就费力于碳化硅二极管和MOSFET拓荒的Wolfspeed觉得，平面栅SiC MOSFET的技术上风远未耗尽。

Wolfspeed合股首创东说念主John Palmour曾浮现：“因为沟槽MOSFET有更好的导通电阻，这是要津性能看法。唯有咱们在导通电阻方面远远起始沟槽SiC MOSFET，我觉得莫应承义改变这少许，何况咱们还将继续纠正平面SiC MOSFET。客户不应该暄和它是平面MOSFET照旧沟槽MOSFET，伏击的是特定导通电阻。事实上，咱们也不在乎哪种技术蹊径，咱们只关注哪种设想能给客户带来最大的利益。”

简而言之，平面结构还有深挖的空间，作念好可靠性，也通常有市集。

富士电机：全SiC沟槽MOSFET

早在2016年，富士电机就拓荒了用于全SiC模块的1200V SiC沟槽MOSFET，已矣了3.5mΩcm2的低比电阻，阈值电压为5V，同期保执用于掀开和关闭电流的“通说念”的高可靠性。

由此，与以前的平面结构比较，生效地将电阻率缩小了50%以上。此外，富士电机还拓荒了一种采纳私有引脚结合结构的高电流密度专用SiC模块，充分阐明了SiC器件的优点。富士电机仍是使用该拓荒已矣了All-SiC模块。

日本住友：V形沟槽

2016年，住友公司研制出具有厚底部氧化层的V型沟槽SiC MOSFET器件样品，进一步提高了器件的栅氧可靠性和阈值踏实性。

住友电工的SiC VMOSFET横截面图

（图源：住友电工）

住友电工专揽私有的晶面新拓荒了V形槽沟槽MOSFET。V-MOSFET具有高收尾、高阻断电压、恶劣环境下的高踏实性等优胜性情，已矣了大电流（单芯片200A），适用于EV和HEV。此外，住友电工正在与国度先进工业科学技术商议所互助拓荒具有宇宙最低导通电阻的下一代 V-MOSFET。

日本电装：U形沟槽

2023年3月，电装（DENSO）布告已拓荒出首款采纳SiC半导体的逆变器。

其中，电装私有的沟槽型MOS结构采纳其专利电场玩忽技术的沟槽栅极半导体器件，提高了每个芯片的输出，因为它们减少了由发烧引起的功率损耗，私有的结构已矣了高电压和低导通电阻操作。

电装的沟槽栅结构（图源：电装）

有贵寓夸耀，电装访佛于住友的沟槽结构，仅仅改为了U形沟槽。

图源：松哥电源

Qorvo：高密度沟槽SiC JFET结构

Qorvo的SiC技术主要开头于2021年收购的UnitedSiC，如今SiC亦然Qorvo将来发展的重中之重。

据了解，不同于传统的SiC MOSFET设想，Qorvo另辟新径，其SiC MOSFET采纳了高密度沟槽 SiC JFET结构，SiC MOSFET中的沟说念电阻Rchannel被SiC FET中低压硅MOSFET的电阻所取代，后者的回转层电子迁徙率要好得多，已矣了超低单元面积导通电阻，因此损耗也更低。该结构与低电压 Si MOSFET 共同封装，SiC FET的晶粒面积也相对较小。

SiC MOSFET（左）和 Qorvo的SiC FET（右）架构对比（图源：Qorvo）

Qorvo扩张了其1200V产物系列，将其冲破性的第四代SiC FET技术本质到电压更高的应用中，产物规格从23mΩ-70mΩ，瞄准800V电动汽车车载充电器（OBC）和直流调遣器等应用市集。

瑞萨电子：变异双级沟槽MOSFET

据了解，瑞萨电子在2023年刚肯求了专利，准备商议碳化硅沟槽结构，简称\"周期性结合，变异双级沟槽MOSFET”。

图源：碳化硅芯片学习札记

一言以蔽之，提高SiC MOSFET性能的几个伏击看法，包括更小的元胞间距、更低的比导通阻、更低的开关损耗、更好的栅氧保护，险些都指向了沟槽栅结构。

从行业举座来看，咫尺量产沟槽型SiC MOSFET的主如果西洋日等外洋SiC厂商。从外洋厂商的布局来看，沟槽栅SiC MOSFET会是将来更具竞争力的决策。

从2015年第一款量产沟槽栅SiC MOSFET产物推出到当今夙昔了近9年时辰，繁密企业都在拓荒沟槽栅产物，但咫尺市面上大略推出量产产物的厂商并不算多。

天然，设想、制造高性能的沟槽栅SiC MOSFET亦然国内SiC功率器件发展确当务之急，部分企业已将商议的重点滚动至沟槽栅SiC MOSFET。但需要提神的是，外洋SiC巨头在SiC MOSFET范围布局多年，蕴蓄了不少专利。沟槽结构的高专利壁垒亦然国产厂商要迈夙昔的坎儿。

笔据“碳化硅芯片学习札记”作家的说法：“沟槽SiC MOSFET成套工艺及结构IP，是将来十年碳化硅竞争的入场券！”在咫尺举座SiC市集执续高速增长的时期，提前布局符合的技术蹊径，才有契机在将来新的应用市集上占得先机。