SiC MOSFET器件技术现状分析

近日，“2023功率与光电半导体器件设计及集成应用论坛”于西安召开。论坛由第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA）指导，西安交通大学、极智半导体产业网（www.casmita.com）、第三代半导体产业主办，西安电子科技大学、中国科学院半导体研究所、第三代半导体产业技术创新战略联盟人才发展委员会、全国半导体应用产教融合（东莞）职业教育集团联合组织、西安和其光电股份有限公司等单位协办。

期间，“平行论坛1：功率半导体器件设计及集成应用”上，中国电子科技集团公司第五十五研究所副主任设计师黄润华 带来“SiC MOSFET器件技术现状及产品开发进展”的主题报告，分享了SiC MOSFET器件技术现状及产品开发进展，报告中介绍了SiC器件的应用状况，器件技术的发展和未来技术发展的趋势，并分享了55所在车用器件领域的进展。

随着SiC MOSFET器件技术的进步，已在高功率、高频率和高温等领域得到广泛应用。有数据显示，2021年全球功率市场204亿美元，硅MOSFET和IGBT占比约60%，2027年增长至305亿美元。SiC功率半导体市场约为10.9亿美元，预计2027年将达到63亿美元，市场渗透率约从5%增长到20%。其产品在新能源发电、新能源汽车、轨道交通、输变电系统等领域的应用，将带来系统功能的提升。

对于SiC功率MOSFET技术，报告指出，650-1700V SiC MOSFET技术快速迭代，单芯片电流可达200A。提升电流密度同时，解决好特有可靠性问题是提高技术成熟度关键。SiC MOSFET可靠性问题涉及栅氧介质失效，栅氧介质本征可靠性与硅MOS相当，但较薄栅氧加大失效风险，改进加工工艺、筛除早期失效，可有效解决栅氧介质可靠性问题。高温栅偏应力引起阈值漂移，导致器件性能退化甚至误开通失效，新的试验和表征方法揭示更多栅氧近界面问题，仍需研究热电综合应力以及极限工况对阈值稳定性的影响。

对于体二极管导通特性退化，外延和器件结构和工艺改进，体二极管双极型退化得到有效控制，浪涌等高电流密度工况下高载流子复合率加速层错缺陷的产生和扩展，可能导致动态电阻增大、阻断特性退化。

当前，55所车用全SiC功率模块研制方面，涉及到高温高功率密度SiC模块设计及封装技术，先进封装技术：纳米银烧结+铜互联技术，传统HPD封装模块研制，阻断电压1200V，输出电流600A，塑封模块技术，采用2in1塑封，寄生电感≤6.5nH，输出电流达550A。6in1模块正在开发中。

主驱电机控制器应用方面，采用传统HPD封装，基于自主芯片，1200V/400A全SiC功率模块，装车过百量，完成1.5万公里路试验证。采用G2+ 1200V/16mΩ， 750V/11mΩ 芯片，合作研制塑封模块，一汽完成模块级测试评估。1200V600A HPD模块，完成电动摩托30kHZ高频工况验证。

编辑：黄飞