陜西半導(dǎo)體先導(dǎo)技術(shù)中心日前已完成碳化硅MOSFET器件量產(chǎn)平臺的打造。MOSFET器件系列產(chǎn)品已完成研發(fā)并通過一系列產(chǎn)品性能和可靠性測試，部分型號已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

      與傳統(tǒng)的硅基功率器件相比，碳化硅材料擁有更高的耐壓和耐熱、更快的開關(guān)頻率，更低的開關(guān)損耗。優(yōu)異的高溫和高壓特性使得碳化硅MOSFET在大功率應(yīng)用中表現(xiàn)出色，尤其是高壓應(yīng)用中，在相同的功率下，碳化硅MOSFET自身器件損耗小，極大減小了器件的散熱需求，使系統(tǒng)朝著小型化，輕量化，集成化的方向發(fā)展?？蓮V泛適用于光伏逆變器、開關(guān)電源、高壓DC/DC、新能源充電和電機(jī)驅(qū)動等應(yīng)用領(lǐng)域，有助于減小系統(tǒng)體積，降低系統(tǒng)功耗，提升電源系統(tǒng)功率密度。

      SA1M12000065碳化硅MOSFET先導(dǎo)中心已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，主要參數(shù)如下，目前已有多家客戶處于樣品測試階段：

      眾所周知，Si材料中，越是高耐壓器件其單位面積的導(dǎo)通電阻就越大，因此600V以上的電壓中主要采用IGBT。IGBT通過電導(dǎo)率調(diào)制，向漂移層內(nèi)注入作為少數(shù)載流子的空穴，因此導(dǎo)通電阻比MOSFET還要小，但是同時(shí)由于少數(shù)載流子的積聚，在關(guān)斷時(shí)會產(chǎn)生尾電流，從而造成極大的開關(guān)損耗。而SiC器件漂移層的阻抗比Si器件低，不需要進(jìn)行電導(dǎo)率調(diào)制就能夠以高頻器件結(jié)構(gòu)的MOSFET實(shí)現(xiàn)高耐壓和低阻抗。而且MOSFET原理上不產(chǎn)生尾電流，所以用SiC MOSFET替代IGBT時(shí)，能夠明顯地減少開關(guān)損耗，并且實(shí)現(xiàn)散熱部件的小型化。另外，SiC MOSFET能夠在IGBT不能工作的高頻條件下驅(qū)動，從而也可以實(shí)現(xiàn)被動器件的小型化。

      碳化硅MOSFET芯片不僅能夠以小封裝實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻，而且能夠使門極電荷量、結(jié)電容也變小。因此，沒有必要再采用IGBT這種雙極型器件結(jié)構(gòu)(導(dǎo)通電阻變低，則開關(guān)速度變慢) ，就可以實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻、高耐壓、快速開關(guān)等各優(yōu)點(diǎn)兼?zhèn)涞钠骷?。同時(shí)相比于Si級，碳化硅MOSFET擁有3倍多的寬禁帶寬度，使其具有更高的結(jié)溫（-55℃到150℃），滿足惡劣環(huán)境下的耐高溫工作環(huán)境。

      如下電源模塊DC-DC電路中使用軟開關(guān)LLC拓?fù)洹D2中，上圖采用硅級開關(guān)管。由于只有650V等級的硅器件具有足夠低的動態(tài)損耗，所以需要兩個(gè)級聯(lián)的LLC全橋來支持800V的直流鏈路電壓。

      如果使用SiCMOSFET，包含驅(qū)動芯片在內(nèi)的開關(guān)數(shù)量可以減少一半（參見圖2的下圖，只需一個(gè)LLC全橋）。零部件數(shù)減少50%，使得需要的電路板空間縮小，效率也可得到優(yōu)化。對于SiC MOSFET解決方案，每個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)只需打開兩個(gè)開關(guān)位置，而在650V等級的解決方案中則需要打開4個(gè)開關(guān)位置?？紤]到使用硅器件系統(tǒng)中系統(tǒng)效率如今通?？杀粌?yōu)化至97%左右，所以在SiC MOSFET中，由于輸出電容變小，使得導(dǎo)通損耗降低50%，且關(guān)斷開關(guān)損耗也降低，因而可以實(shí)現(xiàn)超過1%的效率提升。

      基于碳化硅的這些優(yōu)勢，將在終端應(yīng)用方面顯著減少物料單(BOM)成分，并且增加功率密度，大幅減少了控制操作，降低了總體復(fù)雜度，可廣泛試用于充電樁，光伏逆變器等領(lǐng)域。

      先導(dǎo)中心依托西電微電子學(xué)院開展SiC技術(shù)產(chǎn)業(yè)化工作，西電微電子學(xué)院是國內(nèi)最早從事碳化硅技術(shù)研發(fā)的單位，已經(jīng)有近三十年的積累，專利儲備數(shù)量國內(nèi)排名第一，全球前八。先導(dǎo)中心致力于第三代半導(dǎo)體關(guān)鍵共性技術(shù)工程化研發(fā)，發(fā)揮西安電子科技大學(xué)國際領(lǐng)先的第三代半導(dǎo)體技術(shù)，為陜西創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略提供重要支撐。目前已經(jīng)成功研發(fā)出650V-3300V的碳化硅器件，其中多款產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)空白，同時(shí)瞄準(zhǔn)行業(yè)痛點(diǎn)，開展了應(yīng)用解決方案的研發(fā)，通過打通器件與應(yīng)用的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈條，推動第三代半導(dǎo)體技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地。