沟槽栅SiC MOSFET虽然凭借更低的导通损耗成为行业演进方向,但其栅氧化层脆弱性带来的可靠性挑战,短期内不会从根本上限制功率器件市场规模的增长,更可能的影响是延缓SiC MOSFET在车规等高可靠性领域的渗透节奏,而非逆转市场整体扩容趋势。从行业技术路线看,SiC MOSFET正从平面栅(2G)向沟槽栅(3G)演进,以罗姆(Rohm)官方数据为例,1200V规格下沟槽栅的比导通电阻(RonA)为4.1 mΩ·cm²,相比平面栅的8.2 mΩ·cm²优势明显,这也是沟槽结构被视为终极目标的原因。但沟槽结构会使栅氧化层变得脆弱,能否达到车规要求,仍需观察工艺进步与车厂的验证结果。

可靠性争议:从特斯拉召回说起

行业对SiC可靠性的警惕,很大程度上源于特斯拉的一次召回。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,景顺基金经理杨锐文在路演中推测,问题可能出在衬底一致性问题导致的特定参数漂移。虽然无法证实该事件是否确为碳化硅所致,但它一定程度上显示出碳化硅产品尚有不稳定之处,需要更多可靠性试验来验证。

在厂商进展方面,英飞凌声称其沟槽结构与别家不同并完成了多项可靠性测试,但英飞凌在IGBT领域虽是王者,在碳化硅领域却是后来者,加之碳化硅封装难度远大于IGBT,最终仍须参考车厂的验证结论。

沟槽结构的技术优势与市场博弈

沟槽栅带来的性能提升是明确的。参照IGBT的历史经验,沟槽型是最终的终极目标。目前克里(Cree)、意法(STM)、安森美(ON)的产品以平面型为主,罗姆(Rohm)与英飞凌(IFX)则已推出沟槽型产品,业内预期其余厂商后续也会逐步转向沟槽结构。

可靠性问题对市场的影响并非一刀切。在碳化硅MOS管领域,国内厂商大部分只能完成二极管产品,MOS管市场仍是蓝海,谁能率先突破碳化硅MOS管工艺,谁就能抢占先机。此外,碳化硅晶圆主流仍是6寸线,8寸线扩产尚需时间,晶圆尺寸限制对降本和供货的制约,与可靠性问题共同构成了市场放量的现实挑战。

常见问题

沟槽栅SiC MOSFET比平面栅好在哪里?

核心优势在于更低的导通损耗。以罗姆官方数据为例,1200V规格下沟槽栅的比导通电阻为4.1 mΩ·cm²,仅为平面栅(8.2 mΩ·cm²)的一半,650V规格下同样从6.5 mΩ·cm²降至3.1 mΩ·cm²。

可靠性问题会阻止SiC MOSFET大规模应用吗?

不会阻止,但会延缓渗透速度。沟槽结构让栅氧化层变得脆弱,能否达到车规要求取决于工艺进步,车厂的验证周期会拉长,但行业普遍认为沟槽型是终极目标,各厂商仍在持续推进。

当前功率器件市场格局如何?

碳化硅MOS管仍以海外厂商为主导,国内企业重心还在IGBT领域,碳化硅MOS管对国内厂商而言是增量蓝海市场。同时碳化硅晶圆主流为6寸线,8寸线扩产尚需时间,产能与降本进程也是影响市场规模的关键变量。

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