在當(dāng)今快速發(fā)展的光伏、充電和電動(dòng)汽車行業(yè)中，碳化硅（SiC）功率半導(dǎo)體的應(yīng)用日益廣泛。盡管其潛力巨大，但如何在高功率SiC MOSFET中達(dá)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(dǎo)通電阻是衡量SiC MOSFET技術(shù)先進(jìn)性的關(guān)鍵參數(shù)，然而，諸如可靠性等其他標(biāo)準(zhǔn)同樣不可忽視。英飛凌通過其CoolSiC?產(chǎn)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(shè)計(jì)：超越IGBT的故障率

長久以來，人們普遍認(rèn)為SiC器件在可靠性方面不如傳統(tǒng)的硅基IGBT。然而，根據(jù)英飛凌對其售出的2300萬片CoolSiC? MOSFET芯片的調(diào)研數(shù)據(jù)，事實(shí)證明這一觀點(diǎn)并不成立。實(shí)際上，無論是分立器件還是模塊，CoolSiC?產(chǎn)品的每百萬分之一故障率（FIT）均低于成熟的硅IGBT。這主要?dú)w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(jié)構(gòu)分為平面型(planar)和溝槽型(trench)兩種。盡管業(yè)界通常認(rèn)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(dú)特的策略來解決這一問題。具體來說，柵氧化層作為連接?xùn)艠O與硅片之間的薄層，對SiC MOSFET的閾值電壓、導(dǎo)通電阻、柵極電壓范圍及整體可靠性至關(guān)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(yīng)商的產(chǎn)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(shí)僅需犧牲少量的導(dǎo)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(quán)衡曲線。

嚴(yán)格的篩選過程確保長期可靠性

為了進(jìn)一步保證器件的長期可靠性，英飛凌在其生產(chǎn)流程中引入了嚴(yán)格的篩選機(jī)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(tuán)隊(duì)特別關(guān)注柵氧化層的厚度選擇，以最大限度減少潛在的失效風(fēng)險(xiǎn)。

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(qū)動(dòng)電壓或非常薄的柵氧化層，溝槽型設(shè)計(jì)允許采用更厚的柵氧化層，同時(shí)保持較低的溝道電阻。這是因?yàn)榇怪本嫔闲纬傻腟iC-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(jié)語

自1990年代開始探索碳化硅技術(shù)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(shù)可靠性的創(chuàng)新產(chǎn)品。通過專注于溝槽柵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并結(jié)合先進(jìn)的工藝技術(shù)，英飛凌成功地將高可靠性融入到CoolSiC? MOSFET的設(shè)計(jì)之中。這一戰(zhàn)略決策不僅提升了器件的整體性能，同時(shí)也顯著降低了故障率，為客戶帶來了前所未有的價(jià)值體驗(yàn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有理由相信，未來的SiC功率半導(dǎo)體將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)其無限潛力。