SiC MOSFET 从平面栅切换到沟槽栅,导通电阻可降至平面结构的一半左右,但栅氧化层在沟槽底部变得脆弱,可靠性验证成为技术路线切换中最关键的门槛。沟槽栅结构虽然被普遍视为参照 IGBT 历史的终极目标,但能否满足车规级要求,最终取决于工艺成熟度与车厂的长期验证。

沟槽栅的优势与代价

碳化硅 MOSFET 在应用之初与 IGBT 一样采用平面结构,随着技术导入逐步向沟槽结构演进。以罗姆的产品路线为例,其第二代平面栅(DMOS)与第三代沟槽栅(UMOS)相比,1200V 规格的导通电阻从 8.2mΩ·cm² 降至 4.1mΩ·cm²,650V 规格则从 6.5mΩ·cm² 降至 3.1mΩ·cm²,导通损耗几乎减半

然而,沟槽结构的代价在于栅氧化层在沟槽底部变得脆弱,可靠性风险显著高于平面栅。能否达到车规要求,仍需观察工艺进步与车厂的实际验证结果。

厂商路线分化与车规验证

当前主要厂商的路线选择已出现分化:Cree(Wolfspeed)、意法半导体、安森美的产品以平面型为主,而罗姆与英飞凌采用沟槽型。英飞凌虽声称其沟槽结构与竞品不同并完成了大量可靠性测试,但需注意,英飞凌在 IGBT 领域是王者,在碳化硅领域却是后来者,且碳化硅的封装难度远大于 IGBT,因此其沟槽方案能否大规模上车,还需参考车厂的验证周期。

衬底一致性与供应链考验

特斯拉曾因“后电机逆变器功率半导体元件异常”召回一批 Model 3,业内观点认为问题可能出在衬底一致性导致的特定参数漂移,进而引发单管一致性差异。这一事件一定程度上显示出碳化硅产品尚有不稳定因素,需要更多可靠性试验。特斯拉主要采购意法半导体的裸芯片,而意法的大部分衬底来自 Wolfspeed(Cree),并由特斯拉自行完成 TPAK 封装设计。

常见问题

沟槽栅 SiC MOSFET 一定比平面栅更好吗?

从导通电阻看,沟槽栅优势明显,罗姆 3G 沟槽产品相比 2G 平面产品在 1200V 和 650V 规格下导通电阻均下降约一半。但沟槽底部栅氧化层的脆弱性带来可靠性风险,能否成为主流取决于工艺能否满足车规验证要求

国内厂商在碳化硅 MOSFET 领域进展如何?

国内厂商目前重心仍在 IGBT 领域,碳化硅模块出货较多的比亚迪、斯达等企业主要采购意法或 Cree 的晶片自行封装。大部分国内厂商在成品阶段只能做二极管,工艺要求更高的 MOSFET 管尚难攻克,因此 MOSFET 市场仍以国外品牌为主。

碳化硅降本的主要瓶颈是什么?

晶圆尺寸是核心瓶颈之一。IGBT 已实现 12 寸线生产,而碳化硅主流仍是 6 寸线,Cree 的 8 寸线尚在扩产。晶片越大单片产出的芯片越多,若 8 寸线无法快速放量,碳化硅晶圆将持续面临供货不足,降本进程也会滞后