SiC MOSFET 正从平面结构向沟槽结构演进,这一转变将直接改变功率器件产业链的分工格局:沟槽结构使 1200V 器件的导通电阻(RonA)从平面结构的 8.2mΩ·cm² 降至 4.1mΩ·cm²,性能显著提升,但其栅氧层可靠性问题使车规验证周期拉长,同时封装环节需重新设计以适应新结构,上游衬底与外延环节对缺陷的容忍度也随之变化。

从技术路线看,目前罗姆(Rohm)和英飞凌(Infineon)已推出沟槽型 SiC MOSFET 产品,而克里(Cree)、意法(ST)和安森美(ON)的产品仍以平面型为主。参照 IGBT 的历史演进路径,沟槽型被视为 SiC MOSFET 的终极目标结构,但沟槽工艺会使栅氧层变得脆弱,能否达到车规级可靠性要求,仍需依赖工艺进步与车厂的长期验证。这意味着,率先攻克沟槽结构可靠性问题的厂商,将在下一代产品竞争中占据先机。

产业链分工的重塑

上游衬底与外延环节:沟槽结构对衬底和外延材料的缺陷容忍度与平面结构存在差异,这对上游材料供应商的晶体生长与缺陷控制工艺提出了新的要求。由于碳化硅晶圆主流仍为 6 寸产线,8 寸线扩产周期较长,单片晶圆产出芯片数量受限,上游产能的释放节奏将直接影响整个产业链的成本下降速度。

中游芯片设计与制造环节:目前国内厂商在碳化硅领域大部分只能生产工艺要求相对较低的二极管,竞争激烈已成红海;而工艺难度更高的 SiC MOSFET 市场主要由海外厂商主导,属于增量蓝海。谁能率先实现 SiC MOSFET 的量产突破,谁就能抢占这一增量市场的先机。

下游封装环节:为了充分发挥碳化硅的性能优势,封装必须重新设计。以特斯拉为例,其采用自研的 TPAK 封装,可接入碳化硅 MOSFET 裸芯片,也可兼容 IGBT 乃至未来成熟的氮化镓芯片,并对裸芯片进行多供应商外采。封装环节的技术实力,正成为产业链中不可忽视的价值节点。

常见问题

沟槽结构相比平面结构的主要优势是什么?

沟槽结构能显著降低导通电阻。以 1200V 器件为例,导通电阻从平面结构的 8.2mΩ·cm² 降至沟槽结构的 4.1mΩ·cm²,650V 器件则从 6.5mΩ·cm² 降至 3.1mΩ·cm²,导通损耗更低,有助于提升系统效率。

沟槽结构的主要挑战是什么?

沟槽结构的栅氧层可靠性是主要挑战,其氧化层在工艺中变得脆弱,能否达到车规级可靠性要求还需验证。这也是目前多家厂商仍以平面结构产品为主的原因之一,技术演进需要时间。

国内厂商在 SiC MOSFET 产业链中的机会在哪里?

国内厂商目前在碳化硅领域主要集中于二极管产品,SiC MOSFET 市场仍以海外厂商为主导。随着结构演进带来的重新分工,封装环节的重新设计以及 SiC MOSFET 的国产替代,都是潜在的增量机会。

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