在2021年，TechInsights討論了當(dāng)時遠(yuǎn)高于商用電壓標(biāo)準(zhǔn)的碳化硅(SiC)器件的前景[1]。GeneSiC推出了業(yè)界首款廣泛使用的分立3.3 kV SiC MOSFET，我們在SiC功率平面圖報告中[2]對其進行了分析。Ey1esmc

我們在當(dāng)時發(fā)布的博客中指出了高壓(HV) SiC裸片商業(yè)化的幾個挑戰(zhàn)：Ey1esmc

• “為了實現(xiàn)高達10kV的MOSFET，快速、高質(zhì)量的外延解決方案是關(guān)鍵，這樣就可以以合理的成本生產(chǎn)高達100微米的厚漂移區(qū)域。”
• “開發(fā)高壓SiC設(shè)備的一個主要考量因素是其終端的設(shè)計，即圍繞有源載流中心的設(shè)備的無源區(qū)域。”
• “1200V MOSFET的終止可能會使用一個植入階段來實現(xiàn)，以創(chuàng)建場環(huán)結(jié)構(gòu)；它將占用不超過50A芯片的4%。在高壓下需要更復(fù)雜的結(jié)端擴展，通常需要兩個植入物才能有效，并且可以占據(jù)10kV, 50A芯片面積的30%。”

我們還指出，在某些方面，在更高的電壓下制造變得更加簡單，“例如，10kV MOSFET的開發(fā)和制造與1200V額定器件非常相似。”由于額定電壓3.3kV及以上的器件的漂移區(qū)電阻貢獻較大，因此無需更大的晶圓減薄以減少基板電阻或溝槽設(shè)計以減少通道電阻。Ey1esmc

兩年后，我們到哪了？SiC MOSFET是否準(zhǔn)備好顛覆目前由硅絕緣柵雙極晶體管（IGBTs）主導(dǎo)的工業(yè)驅(qū)動和牽引市場?Ey1esmc

Microchip加入3.3kV SiC MOSFET市場

去年Microchip發(fā)布了他們的第一條3.3kV SiC MOSFET產(chǎn)品線，有41A和11A變體，可在TO-247-4L封裝中使用，他們還提供了104A裸晶片。TechInsights在SiC電源平面圖報告中分析了41A, 80mOhm的MSC080SMA330器件[3]。Ey1esmc

圖1顯示了橫跨MOSFET陣列的掃描電鏡(SEM)圖像。該結(jié)構(gòu)與較低額定電壓的SiC平面MOSFET沒有明顯的不同，只是電池間距寬8.5μm, P-body植入更深。Ey1esmc

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圖1：3.3 kV MSC080SMA330 SiC MOSFET有源陣列的掃描電鏡圖像。Ey1esmc

圖2顯示了具有一組保護環(huán)的終端區(qū)域，從MOSFET陣列邊緣到芯片邊緣的空間逐漸增加。該區(qū)域?qū)?70μm，占整個模具面積的18.75%。另外，請注意30μm厚的SiC外延區(qū)。Ey1esmc

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圖2：3.3 kV MSC080SMA330 SiC MOSFET終端區(qū)域的掃描電鏡圖像。Ey1esmc

展望-市場將在2023年升溫?

在我們上一篇博文發(fā)布后的兩年后，從商業(yè)角度來看，進展似乎很慢；然而，研究和開發(fā)仍在繼續(xù)。TechInsights認(rèn)為:“高壓設(shè)備發(fā)展的唯一障礙是600-1700V市場的規(guī)模和競爭，而電動汽車是背后的推動力。”相比之下，高壓應(yīng)用的市場規(guī)模相比之下是非常小的。因此，要想進入這一領(lǐng)域，要么需要這些更大的市場達到飽和，要么需要像GeneSiC這樣更靈活的公司繼續(xù)引領(lǐng)潮流。”Ey1esmc

今天仍然如此；實施大型基礎(chǔ)設(shè)施項目，如新的高速機車網(wǎng)絡(luò)或改造電網(wǎng)，其開發(fā)周期比新的消費產(chǎn)品甚至電動汽車都要長。Ey1esmc

有理由相信潮流正在轉(zhuǎn)變。正如TechInsights在不久前發(fā)布的PCIM Europe 2023 -產(chǎn)品公告和亮點博客[4]文章中所討論的那樣，英飛凌宣布推出采用3.3 kV SiC MOSFET芯片的CoolSiCTM XHPTM 2大功率模塊[5]。Wolfspeed最近還發(fā)布了用于牽引和工業(yè)應(yīng)用的3.3 kV LM SiC半橋模塊[6]。隨著這些大公司陸續(xù)發(fā)布商業(yè)產(chǎn)品，我們似乎正處于這些電壓下有意義的SiC市場滲透的風(fēng)口浪尖。Ey1esmc

請持續(xù)關(guān)注該博文的后續(xù)內(nèi)容。TechInsights合作伙伴PGC咨詢公司的Peter Gammon教授將從學(xué)者的角度闡述這項技術(shù)的現(xiàn)狀。Ey1esmc

References:Ey1esmc

[1] 博客-Prospects for Commercial High Voltage Silicon Carbide Devices: https://library.techinsights.com/reverse-engineering/blog-viewer/1612#name=Power%2520SemiconductorEy1esmc

[2]報告- GeneSiC G2R120MT33J 3300V 120 mΩ SiC MOSFET Power Floorplan Analysis: https://library.techinsights.com/reverse-engineering/a6rf3000000PDbhAAG/analysis/a6pf3000000Cg8IAAS/analysis-view/PFR-2102-801#sidebar=trueEy1esmc

[3] 報告- Microchip Technology MSC080SMA330 SiC MOSFET Power Floorplan Analysis： https://library.techinsights.com/reverse-engineering/a6rf3000000PDbhAAG/analysis/a6pf3000000Cg8IAAS/analysis-view/PFR-2205-802#sidebar=trueEy1esmc

[4] 博客 - PCIM Europe 2023 – Product Announcements and Highlights： https://library.techinsights.com/reverse-engineering/blog-viewer/628074#name=Power%2520SemiconductorEy1esmc

[5] https://www.infineon.com/cms/en/about-infineon/press/market-news/2023/INFGIP202305-105.htmlEy1esmc

[6]https://www.wolfspeed.com/3300v-lm-silicon-carbide-half-bridge-power-modules/Ey1esmc