葛海波; 夏昊天; 孙冰冰
【期刊名称】《《电子世界》》
【年(卷),期】2019(000)023
【总页数】2页(P50-51)
【作 者】葛海波; 夏昊天; 孙冰冰
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【作者单位】江苏长晶科技有限公司
【正文语种】中 文
当前随着信息科技水平的不断发展，第三代半导体的研发已经成为了当前各个企业的重地，其中，碳化硅由于具有诸多应用优势，被普遍应用于功率器件的生产制作中。本文首先介绍了碳化硅半导体功率器件的产品及相关特点，其次分析了碳化硅扩展产品的应用，以便为相关企业提供科学合理的参考依据。 1 引言
就现在的发展趋势而言，碳化硅相关器件与人们的生产生活水平息息相关，其不仅能够对节约能源利用、储藏能源发挥一定的效果，同样能够促进社会工业化进程的高速发展。国际上，ROHM制造商在半导体功率器件生产制作过程中具有较多的技术应用优势，且相对于传统的硅半导体材料的性能局限，ROHM实现了以碳化硅为基础的规模化量产，除此之外，还促进了半导体功率器件由分立式到IC覆盖、复合型器件的生产转换。碳化硅半导体功率器件具有良好的应用先进性、科学性，且在当前的功率器件领域一直受到了研究企业的关注，作为相对新型技术，碳化硅半导体材料具有较大的应用前景。
2 SiC功率器件的产品及其特点烘干炉
由于碳化硅半导体材料具有很多特点，如耐高温、损耗率较低高频化、热传导性能好，因此以其为基础材料生产制作的功率器件得到了大规模应用，如在办公场合常见的电脑、空调、插座等；工业企业中常见的自动化生产链、调节设备等；在城市服务行业，则为电动化交通工具、电力系统、医疗器械等。
2.1 SiC肖特基二极管
碳化硅肖特基二极管的规模化量产起步于2000年左右，到现在为止，已经接近于20年，日本ROHM公司是国际上第一家实现碳化硅肖特基二极管生产量化的企业，目前肖特基二极管由于质量性能的需要，已经在进行第二代的研发，相较于初代肖特基二极管而言，第二代的肖特基二极管主要考虑反向恢复性能的强化、正向电压的优化，根据相关试验研究，第二代产品的反向恢复可消耗时间较短，且正向电压的减小值达到了0.2V左右。二代肖特基二极管主要包括两种耐压形式，即650V/1200V；绝缘类比可分为T0-220形式；封装可分为T0-247、D2PAK等。相对于传统硅材料二极管而言，二代产品可大大优化反向恢复，继而降低能耗，为此，二道肖特基二极管生活办公、工业生产制造等方面都得到了大规模的应用（佚名，碳化硅电力电子器件在电力系统的应用展望：中国电机工程学报，2012）。
手机转轴
2.2 SiC MOSFET
同样，SIC MOSFET作为当前常见的电子器件，其相较于肖特基二极管，具有较为明显的应用问题，如MOSFET通常表现为通电时引发二极管自身性能降低，如正向电压的增加、导通电阻值的上升，这些问题的存在造成MOSFET的稳定性可靠性降低，继而影响其大规
模量化生产。基于所获取的实际研发经验，国际上知名的研发机构主要采取制造工艺（晶体缺陷的完善）、元件结构的优化，于10年实现MOSFET量化生产。当前二代MOSFET研发产品器件根据耐压性能的差异主要分为两类，即650V/1200V耐压，相对于传统的硅质电子器件（IGBT，常作为开关材料）而言，MOSFEt在开关设备的损耗方面具有明显的改观，其损耗率仅为前者的0.2左右，基于此，考虑到体积逐渐缩小的驱动型设备和功率密度大大提升的电力设备而言，MOSFET的应用优势不言而喻。同样，第三代分立器件产品的研发则主要针对于沟槽设计工艺，且当前已经实现了市场化，相比于第二代产品，其不仅能够维持相同的体积密度，且在导通电阻率方面，有着更为客观的效果（电阻能降低50个百分比，电容控制在35个百分比），未来的MOSFET功率器件研发工作以更低的导通电阻为研究方向。
嵌件2.3 SiC功率模块
就碳化硅功率模块现状而言，国际上ROHM公司已经研发出由碳化硅半导体功率器件制成的功率模块，并且在10年前后投入市场化，截至当前，主要可分为以下几类的规模化量产，即1200V120A/180A型号。除此之外，300A型号功率模块也已经开始准备进行大量生产化，如图1所示。
图1 电源模块外形图
其中，值得关注的是，如何对开关中封装电流进行有效控制是决定功率模块进行电流额定化的主要难点，当前的模块内嵌碳化硅线路布局相较于以往的设计能有效实现这一点，即控制电感量，使其大大降低，最终能够完成300A的高电流化。同样，相较于同量电流IGBT功能模块，其开关的损耗率也能够得到优化，经数据表明，可以达到80%左右，在生产制造过程中，进行IGBT模块的更替也有助于实现冷却结构的体积缩小化。另外，碳化硅功率模块具有高频驱动的优点，如在3000HZ场景应用下，该模块的导通、开关结合损耗能够减小60%，这便为高频率的功率电器使用提供了技术支撑，也能够促使电容器、线圈的构件小型化生产。对于MOSFET沟槽构造功率模块而言，也已经开始进行市场化生产。同样，相较于同规格的IGBT功能模块，当前的产品1200V/180A产品具有损耗率上面的优势，这在其余量化生产产品（第二代MOSFET）表现的更为明显。碳化硅功能模块通常与MOSFET结合使用，以此作为工业生产中的太阳能发电调节和开关高频，且得到了国际上普遍应用，在将来，研发重心放在于产品高额的电流、高额电压上（于景坤，戴文斌，戴淑平，赛隆-碳化硅系复合材料的合成及其应用：东北大学学报(自然科学版)，2003）。
中关村大街15号3 SiC扩展产品
上述主要介绍了碳化硅功率器件产品及其具体应用，这里对谈话过扩展产品进行特点介绍。对于碳化硅扩展产品而言，主要着重于优化电压，如国际上均计划对肖特基二极管、MOSFET进行1700A扩压系列产品的开发，而且，沟槽工艺适用的三代MOSFET不仅应用于市场化功率模块，同样可应用于分立封装。值得相关企业重视的是，三代MOSFET由于采取先进的沟槽技术，能大大降低芯片制作成本，减小电阻，因此，有着极好的应用前景。碳化硅功率器件相较于硅质IGBT而言，在高频率高电压应用场景下，即便开关损耗率优势更为明显，但是考虑到生产链制作成本，较低价格的硅质功率器件的市场需求仍旧十分巨大。基于此，硅质半导体功率器件同样有价值进行不断研发，如结合MOSFET技术、IGBT的的相关产品（HB MOS）。ROHM公司同样具备硅质IGBT复合产品的庞大整容，接下来对IGBT单品、IGBT点或应用产品、IPM等进行介绍（王增泽，碳化硅材料特性及其应用浅析：新材料产业，2018）。
3.1 IGBT单品
现如今SiC已经推出了两种耐压产品，分别是RGTH系列以及RGT系列。其中RGTH系列不但具有低保和的电压特点，而且对于电路的转换有着比较高的要求，因此在改善电路以及
升压电路中有着比较好的应用效果。而RGT系列则具有较强的低保和特性，而且能够为逆变器电路提供足够的短路耐量，也正是由于这个原因，经常会应用与空调之中。这两种系列全部都包括将超高速软恢复集中在模块之内的产品。在以后，设计企业还会对于1200V的耐压产品予以优化，确保其能够满足车载应用的产品阵容之中。
3.2 点火装置用的IGBT
为了能够满足车载应用产品的实际需求，相关企业推出了能够进行发动机点火的装置IGBT，这种产品不仅可以确保雪崩耐量能够满足正常使用的需求，同时还能体现出低保和的基本特性。一般主要利用D-PAK进行外部封装，并且能够达到汽车基础元件的使用标准。（王立，贾淑文，碳化硅半导体在功率器件领域的应用探析：数字通信世界，2018）
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