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SiC功率半导体元件 沟道MOSFET即将实用化  

2013-10-29 13:03:54|  分类: 场效应管 |  标签: |举报 |字号 订阅

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SiC功率半导体元件的“真命天子” 沟道MOSFET即将实用化

  “高品质的150mm口径SiC基板已经实现。我们将利用这种基板,在2015年投产‘沟道型’SiC MOSFET”(电装解说员)。
  在2013年10月举办的“CEATEC JAPAN 2013”上,电装展示了SiC的相关技术(图1)。其中包括了两大“惊喜”。一是电装宣布SiC功率元件将在2015年实用化。在此之前,SiC功率元件的成果虽然频繁出现在学会和展会等场合,但大家对于实用化的时间表都讳莫如深。
  二是名为“沟道型”的新一代SiC MOSFET的实用化。作为功率半导体材料,SiC与一般的Si相比,能够制造出损耗更低的功率元件。相关研发十分活跃,市面上已经出现了SiC材料的二极管和晶体管等产品。
  但过去投产的SiC MOSFET,是在元件表面设置栅极的“平面型”,在栅极部分挖沟的沟道型尚未投产。沟道型的导通电阻能够缩小到平面型的几分之一。因此能够进一步降低损耗。
  降低导通电阻还有助于压缩SiC MOSFET的成本。因为达到相同的载流量,沟道型的芯片面积要小于平面型。也就是说,1枚SiC基板可以制造出更多的芯片,从而压缩成本。
  图1:电装即将把沟道型SiC MOSFET投入实用
  电装在“CEATEC JAPAN 2013”上展出了该公司开发的沟道型SiC MOSFET。预定于2015年左右投入实用。除此之外,还展示了150mm(6英寸)口径的SiC基板。
  因为具备这些特点,沟道型如今成为了“发挥SiC优势的晶体管最佳选择”(多位SiC功率元件技术人员)。

  沟道型的研发速度加快
  致力于研发沟道型SiC MOSFET的不只是电装,许多半导体企业都已经开始在大力研发。这一点在2013年9月29日~10月4日举办的SiC相关国际学会“ICSCRM2013”上可见一斑。在该学会上,有关沟道型SiC MOSFET最新成果的发表接连不断(图2)。其中,罗姆明确提到了投产时间。该公司表示将在2014年上半年,投产在栅极、源极上都设置沟槽的“双沟道型”SiC MOSFET。
  图2:各公司全力开发沟道型SiC MOSFET
  在SiC相关国际学会“ICSCRM 2013”上,沟道型SiC MOSFET研发成果的发表络绎不绝。降低电容、提高生产效率都得到了实现。
  会上还发表了提高沟道型SiC MOSFET性能,以及提高生产效率压缩成本的研究成果。比方说,三菱电机成功降低了沟道型MOSFET的栅极-漏极之间的电容。电容越小,开关损失越低。MOSFET芯片一般会设置多个叫做“单元”的微小MOSFET构造,该公司通过使其中的部分单元接地,降低了导致电容增加的偏压。
  住友电气工业把目标对准了提高沟道型MOSFET的生产效率。沟道型MOSFET在制造上面临的课题是无法按照设想制造沟槽。为此,该公司准备把沟槽的形状改换为一般的沟道型,借此提高生产效率。
  从元件的截面来看,一般沟道型的沟槽呈“凹字”形,但这一次,该公司将其改为了V字形。这种V字沟槽“容易通过热化学蚀刻成型,与一般的沟道型相比,更容易提高成品率”(该公司研究人员)。

  近10家公司提供6英寸产品
  在ICSCRM 2013上,除了沟道型MOSFET的研究成果之外,关于150mm(6英寸)口径基板的提案也接连不断(图3)。量产SiC功率元件使用的SiC基板目前以100mm(4英寸)口径为主。随着6英寸产品的普及,生产效率有望提高,从而降低SiC功率元件的成本。
  图3:SiC迎来150mm基板的东风
  各SiC基板企业在“ICSCRM 2013”上纷纷展出150mm(6英寸)口径的SiC基板(a)。在SiC基板上层积外延层的外延服务也开始支持150mm。昭和电工已于2013年10月推出了这项服务(b)。
  现在,已经投产6英寸产品并开始供应样品的主要基板企业只有美国科锐、新日铁住金等少数几家公司。为了改变这种格局,美国道康宁、美国贰陆(II-VI)、德国Si-Crystal等欧美企业,以及中国SICC、韩国SKC等众多基板企业都已经宣布投产6英寸产品。汇总各公司的计划来看,在2015年之前,供应6英寸产品的企业将增加到近10家左右。除此之外,昭和电工还表明,在SiC基板上层积外延层的外延服务也将支持6英寸基板。随着各公司把6英寸产品纳入视野,基板企业之间的价格竞争将日趋激烈,功率元件企业将有望以更低的成本,采购到需要的基板。

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