沟槽栅结构使SiC MOSFET在车规级应用中面临氧化层脆弱、高温高压下易退化的可靠性风险,可能影响功率器件寿命。不过,以Rohm为代表的厂商通过工艺优化正在提升可靠性,但车厂全面接受仍需更多验证。

沟槽栅氧化层的核心风险

SiC MOSFET的沟槽栅结构(Trench Gate)会在栅极底部形成较薄的氧化层,该区域在高温、高压工作环境下容易发生退化。官方资料指出,沟槽型的缺点就在于可靠性,因为“会让图中绿色的这部分氧化层变得很脆弱”。这种脆弱性可能导致器件阈值电压漂移、栅极漏电流增大,甚至提前失效,从而影响逆变器等车规系统的长期稳定运行。

工艺进步与车规验证现状

尽管英飞凌声称其沟槽结构与其他厂商不同,并完成了多项可靠性测试,但官方资料强调,英飞凌在碳化硅领域是后来者,且“碳化硅的封装难度远大于IGBT”,因此仍需参考车厂的最终验证。Rohm作为沟槽型SiC MOSFET的代表厂商,其第三代产品(3G SiC-MOSFET)在1200V和650V电压等级下均实现了更低的比导通电阻,但官方资料未给出具体可靠性测试数据,仅表示“能否达到车规的要求,还得看工艺的进步”。这意味着沟槽栅氧化层的长期可靠性仍是车厂关注的焦点。

常见问题

沟槽栅与平面栅在车规可靠性上哪个更优?

平面栅结构在可靠性上通常被认为更有优势,因为其氧化层不直接暴露于沟槽拐角的高电场区域。但沟槽栅能实现更低的导通电阻,是行业演进方向。目前,Cree、意法半导体、安森美主要采用平面型,而Rohm和英飞凌主推沟槽型,两种路线在车规市场的风险收益需由车厂根据实际验证结果判断。

特斯拉召回事件是否与SiC沟槽栅氧化层问题有关?

特斯拉因“后电机逆变器功率半导体元件异常”召回部分Model 3,有观点认为可能是碳化硅衬底一致性问题导致参数漂移,但官方资料未证实具体原因,也未直接关联沟槽栅氧化层。该事件一定程度上反映出碳化硅产品“还有些不稳定,还需要更多的可靠性试验”。

国内厂商在SiC MOSFET车规应用方面进展如何?

国内厂商目前主要聚焦于IGBT领域,碳化硅产品以二极管为主,MOS管工艺水平尚未达到车规要求。官方资料指出,国内厂商“大部分只能做成二极管,对于工艺要求更高的Mos管确是无能为力”,因此SiC MOSFET市场仍是蓝海,主要由海外厂商主导。

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