国产SiC功率器件厂商在沟槽栅技术上面临的国产替代挑战主要体现在工艺代差、专利壁垒和市场切入路径三个方面。目前,国内厂商在碳化硅领域多聚焦于平面栅结构,而海外头部企业如罗姆(Rohm)和英飞凌(Infineon)已率先推出沟槽栅产品,形成了技术路线上的差异。
技术路线与代差
碳化硅 MOSFET 的发展趋势是从平面栅(Planner gate)向沟槽栅(Trench gate)演进,这与 IGBT 的历史路径相似。目前,克里(Cree)、意法半导体(ST)和安森美(ON)主要采用平面栅结构,而罗姆和英飞凌已推出沟槽栅产品。沟槽栅能显著降低导通电阻(RonA),以罗姆的 1200V 产品为例,其沟槽栅的 RonA 为 4.1mΩ·cm²,而平面栅为 8.2mΩ·cm²。不过,沟槽栅的挑战在于氧化层可靠性,能否满足车规要求还需工艺验证。
国内厂商目前重心仍在 IGBT 领域,对更高难度的碳化硅 MOSFET 工艺尚处追赶阶段。大部分国内厂商只能生产碳化硅二极管,而能制造 MOSFET 的企业较少,这直接导致二极管市场成为红海,而 MOSFET 市场仍是蓝海。
专利壁垒与工艺难点
沟槽栅的核心专利多被海外厂商掌握。例如,英飞凌声称其沟槽结构与其他厂商不同,并已进行大量可靠性测试。国内厂商在转向沟槽栅时,需规避这些专利壁垒,同时攻克氧化层脆弱性等工艺难题。此外,碳化硅的封装难度远大于 IGBT,为了发挥碳化硅性能,必须重新设计封装,这对国内厂商的技术积累提出了更高要求。
国产替代的可行路径
国内厂商可先通过优化平面栅技术,切入中低压市场,再逐步攻关沟槽栅。当前碳化硅的主流晶圆仍是 6 寸线,克里(Cree)的 8 寸线仍在扩产,这限制了降本速度。若国内厂商能率先在 MOSFET 领域实现突破,将能抢占这一增量市场。此外,封装环节同样关键——国内企业如比亚迪、斯达虽采购海外晶片(如意法、克里的芯片)后自行封装,但封装设计本身是提升性能的重要环节,不可忽视。
常见问题
国产SiC厂商为什么大多先做平面栅而非沟槽栅?
平面栅工艺相对成熟,可靠性验证周期短,更适合国内厂商当前的技术积累。沟槽栅的氧化层脆弱性问题需要更复杂的工艺来克服,且核心专利被海外厂商掌握,因此国内厂商多从平面栅起步,逐步积累经验。
沟槽栅技术对SiC MOSFET的可靠性有什么具体影响?
沟槽栅结构会使栅极氧化层变得更脆弱,尤其在高温、高压的车规环境下,氧化层容易失效。英飞凌虽声称其特殊结构能缓解这一问题,但整体上沟槽栅的可靠性仍需更多车厂验证。
国内厂商在SiC MOSFET领域的主要竞争机会在哪里?
目前国内厂商在碳化硅 MOSFET 领域仍属蓝海市场,谁能率先量产可靠的 MOSFET 产品,谁就能抢占市场份额。同时,封装环节也是差异化竞争的关键——通过优化封装设计可充分发挥碳化硅的性能。