平面栅到沟槽栅的演进中,国产功率器件SiC MOSFET的自主可控仍处在起步阶段,国内厂商目前大多只能生产碳化硅二极管,对工艺要求更高的SiC MOSFET管仍无能为力,核心芯片依赖进口,距离大规模上车验证仍有明显差距。从行业趋势看,碳化硅MOSFET正从平面栅(Planner)向沟槽栅(Trench)演进,沟槽型被视为终极目标,但可靠性仍是制约量产的关键;而国产厂商能否突破MOS管工艺,将决定其在“红海”二极管市场之外,能否抢占“蓝海”增量市场。

国产SiC MOSFET的现状与差距

国内企业的重心目前仍放在IGBT领域,对于更高难度的碳化硅确实有些“心有余而力不足”。以碳化硅模块出货量较多的比亚迪为例,其实际是采购意法半导体(ST)或博世(Bosch)的晶片后再自行封装;斯达同样采取采购克里(Cree)晶片后封装的模式。这意味着国内厂商在碳化硅产业链中,核心芯片环节仍高度依赖进口

需要强调的是,封装环节本身并不简单——为了发挥碳化硅的性能,封装必须重新设计。但在成品制造阶段,国内厂商大部分只能做成二极管,对于工艺要求更高的MOS管则无能为力,根本原因在于技术水平尚未到位。因此,碳化硅二极管市场因国内厂商聚集而竞争激烈(红海),而MOS管市场因长期被国外品牌占据,属于名副其实的增量市场(蓝海)

平面栅到沟槽栅的行业演进

碳化硅应用之初与IGBT一样采用平面结构,随着技术导入,设计上正逐步从平面栅(DMOS)向沟槽栅(UMOS)演进。参照IGBT的历史,沟槽型被视为终极目标。目前克里(Cree)、意法(STM)、安森美(ON)的产品以平面型为主,罗姆(Rohm)和英飞凌(IFX)则已推出沟槽型产品。

沟槽型的缺点在于可靠性——它会让栅极氧化层变得脆弱,能否达到车规要求,还需看工艺的进步。以英飞凌为例,虽然其声称结构和别的厂商不同并做了大量可靠性测试,但英飞凌在碳化硅领域属于后来者(其在IGBT领域是王者),加上碳化硅封装难度远大于IGBT,最终仍需参考车厂的验证结果。

晶圆尺寸与降本瓶颈

除工艺外,晶圆尺寸也限制了碳化硅的降本进程。当前IGBT已能做到12寸线,而碳化硅主流仍是6寸线,克里(Cree)的8寸线仍在扩产且需要大量时间。晶片越大,单片产出的芯片(Die)就越多,若碳化硅晶圆厂迟迟无法扩产至8寸,碳化硅晶圆将面临供货不足的窘境,降本进程也会相对滞后。

常见问题

国产SiC MOSFET何时能实现自主可控?

官方资料并未给出明确时间表。从现状看,国内厂商在MOS管环节的工艺积累尚不足以支撑量产,且还需经历车规级可靠性验证。行业共识是,谁能率先做出碳化硅MOS管,谁就能抢占蓝海市场,但具体节点需以厂商后续披露及第三方实测为准。

沟槽栅与平面栅相比,主要难点在哪里?

沟槽栅(Trench)相比平面栅(Planner)能显著降低导通电阻(以罗姆公开的1200V产品为例,导通电阻从平面栅的8.2mΩ·cm²降至沟槽栅的4.1mΩ·cm²),但沟槽结构会让栅极氧化层变得脆弱,可靠性风险更高,能否通过车规验证是当前主要挑战。

国产厂商在碳化硅领域的机会在哪里?

机会主要在MOS管这一蓝海增量市场。国内厂商目前在二极管领域已是红海竞争,而MOS管市场原本完全由国外品牌占据,属于增量空间。此外,碳化硅晶圆向8寸及以上尺寸的扩产,也是解决产能与降本的关键方向,对产业链上下游都是重要机遇。