溝槽就是戰(zhàn)壕：英飛凌碳化硅CoolSiC?

戰(zhàn)爭在戰(zhàn)壕中決出勝負(fù)，而溝槽就是我們的前線戰(zhàn)壕。也就是說，前線奮戰(zhàn)人員憑借他們的集體合作和努力決定最終的勝利。作為電源管理應(yīng)用的設(shè)計工程師，本文的讀者就是在這條“戰(zhàn)壕”中奮戰(zhàn)的人。這是一篇有關(guān)如何從中獲勝的文章。

寬禁帶 (WBG) 半導(dǎo)體是邁向節(jié)能時代的關(guān)鍵所在。WBG半導(dǎo)體可以實現(xiàn)更大的能源效率、更小的尺寸、更輕的重量和更低的整體成本。英飛凌是一家提供硅 (Si) 、碳化硅 (SiC) 、絕緣柵極雙極晶體管 (IGBT) 和氮化鎵 (GaN) 設(shè)備的公司。作為在碳化硅 (SiC) 技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域擁有超過20年歷史的知名電源供應(yīng)商，英飛凌推出的產(chǎn)品可以滿足人們對生成、傳輸和使用更智能、更高效能源的需求。他們還有多位專家，知道如何通過降低系統(tǒng)復(fù)雜性，來進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本和中小型高功率系統(tǒng)尺寸。

溝槽就是戰(zhàn)壕：CoolSiC?

英飛凌的目標(biāo)是將碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) 所具備的低RDS(on) 與安全氧化層場強(qiáng)條件下運(yùn)行的柵極驅(qū)動器件結(jié)合起來。因此，英飛凌決定將溝槽型產(chǎn)品從缺陷密度較高的平面雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體 (DMOS) 設(shè)備轉(zhuǎn)向更有利的表面技術(shù)方向， 可在低氧化層場強(qiáng)下獲得低溝道電阻。這些邊界條件是利用硅功率半導(dǎo)體領(lǐng)域質(zhì)量保證方法的基礎(chǔ)，目的是保證工業(yè)甚至是汽車應(yīng)用中預(yù)期的故障率 (FIT)。因此，也就有了CoolSiC?產(chǎn)品。

在阻斷模式下，碳化硅產(chǎn)品運(yùn)行時的漏極感應(yīng)場強(qiáng)要比對應(yīng)的硅產(chǎn)品高得多（MV級而不是kV級）。因此，處于導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)下氧化層中的這種高場強(qiáng)會加速磨損。對截止?fàn)顟B(tài)下氧化層的應(yīng)力，將采取深P區(qū)保護(hù)。對于導(dǎo)通狀態(tài)，則使用厚氧化層來規(guī)避限制，以篩除薄氧化層殘留的外部氧化層缺陷。CoolSiC?產(chǎn)品具有出色的可靠性、質(zhì)量、多樣性和系統(tǒng)優(yōu)勢。

CoolSiC? MOSFET溝槽概念和優(yōu)勢包括：

低溝道電阻

柵極氧化層中的安全電場

抑制寄生導(dǎo)通

實現(xiàn)硬換向并提高浪涌電流的可靠性

JFET區(qū)域限制短路電流

RON簡化了并行操作

Rg控制，并且允許獨(dú)立的開關(guān)速度

CoolSiC? MOSFET和二極管

英飛凌650V、1200V、1700VCoolSiC? MOSFET分立器件非常適合硬開關(guān)和諧振開關(guān)拓?fù)洌▓D1）。CoolSiC? MOSFET基于先進(jìn)的溝槽半導(dǎo)體工藝，經(jīng)過優(yōu)化可提供最低應(yīng)用損耗和最高運(yùn)行可靠性。該分立式產(chǎn)品組合采用TO和SMD外殼，額定的導(dǎo)通電阻為27mΩ至1000mΩ。CoolSiC?溝槽技術(shù)實現(xiàn)了靈活的參數(shù)設(shè)置，可用于在各個產(chǎn)品組合中實現(xiàn)特定于應(yīng)用的功能，這些特性包括柵-源極電壓、雪崩規(guī)格、短路能力或額定用于硬換向的內(nèi)部體二極管。

圖1：采用TO-247封裝的650V CoolSiC? MOSFET （資料來源：英飛凌）

英飛凌CoolSiC MOSFET采用分立封裝，適合用于硬開關(guān)和諧振開關(guān)拓?fù)?，例?a target="_blank">功率因數(shù)校正 (PFC) 電路、雙向拓?fù)浜椭绷?直流轉(zhuǎn)換器或直流-交流逆變器。即使橋接拓?fù)渲嘘P(guān)斷電壓為零時，出色的寄生導(dǎo)通抗擾度也可在低動態(tài)損耗方面樹立基準(zhǔn)。同軸結(jié)構(gòu) (TO) 和表面貼裝 (SMD) 產(chǎn)品還引入了Kelvin源針腳，優(yōu)化了開關(guān)性能。 英飛凌CoolSiC?肖特基二極管具有相對較高的導(dǎo)通電阻和漏電流（圖2）。在SiC材料中，肖特基二極管可實現(xiàn)更高擊穿電壓。英飛凌的SiC肖特基產(chǎn)品組合包括600V和650V至1200V肖特基二極管。快速硅基開關(guān)與CoolSiC肖特基二極管的組合通常被稱為“混合”解決方案。

圖2：符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的CoolSiC?肖特基二極管 （資料來源：英飛凌）

CoolSiC? MOSFET模塊 帶有CoolSiC?MOSFET的功率模塊為逆變器設(shè)計人員提供了新的機(jī)會，讓他們可以實現(xiàn)前所未有的效率和功率密度（圖3）。同樣，碳化硅 (SiC) 可利用從45mOhm到2mOhm RDS(on)的拓?fù)浞秶?，根?jù)應(yīng)用需求量身定制。1200V SiC MOSFET模塊具有3級、雙組、四組、六組或升壓器等各種配置，可通過先進(jìn)的溝槽設(shè)計、出色的開關(guān)和傳導(dǎo)損耗實現(xiàn)優(yōu)異的柵極氧化層可靠性。

圖3：CoolSiC?MOSFET Easy1B和Easy2B（資料來源：英飛凌）

結(jié)論

SiC MOSFET具有兩 (2) 種不同的結(jié)構(gòu)類型：溝槽MOS和平面DMOS。英飛凌正在推動卓越的溝槽技術(shù)，以期輕松應(yīng)用到所有應(yīng)用中，并在保持可靠性的同時降低功耗。英飛凌CoolSiC?性能卓越，并且是性能和質(zhì)量平衡的基準(zhǔn)。英飛凌的柵極氧化層篩選工藝確保了產(chǎn)品可靠性。

英飛凌碳化硅CoolSiC? MOSFET和二極管提供的產(chǎn)品組合可滿足對生成、傳輸和使用更智能、更高效能量的需求。CoolSiC產(chǎn)品組合可滿足客戶在中高功率系統(tǒng)中對減小系統(tǒng)尺寸和降低成本的需求，同時符合高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可延長系統(tǒng)使用壽命，并確?？煽啃浴{借CoolSiC，客戶將能夠?qū)崿F(xiàn)嚴(yán)格的能效目標(biāo)，同時降低操作系統(tǒng)成本。利用英飛凌科技的CoolSiC? MOSFET和二極管，以溝槽作為作為取勝的戰(zhàn)壕。

審核編輯黃宇