SiC MOSFET的廠商現(xiàn)狀以及產(chǎn)品差別

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）隨著新能源市場(chǎng)的爆發(fā)，電動(dòng)汽車、光伏、儲(chǔ)能等下游應(yīng)用驅(qū)動(dòng)下，碳化硅功率器件迎來了新一輪增長(zhǎng)期。特別是電動(dòng)汽車上SiC MOSFET的大規(guī)模應(yīng)用后，在近幾年可以看到，國(guó)內(nèi)外各大廠商都密集地加入到SiC的行列中，推出相關(guān)產(chǎn)品。

傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體由于自身物理性質(zhì)受限 ，在高溫、高壓、高頻、高功率等領(lǐng)域上性能上限較低。而SiC 的耐高壓能力是硅的 10倍、耐高溫能力是硅的 2倍、高頻能力是硅的 2倍。在實(shí)際應(yīng)用上，還可以縮小模塊體積50%以上、消減電子轉(zhuǎn)換損耗80%以上。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以簡(jiǎn)化散熱系統(tǒng)，降低熱預(yù)算，同時(shí)減小電容電感體積，從而降低系統(tǒng)綜合成本。

雖然作為第三代半導(dǎo)體的碳化硅，應(yīng)用起步相比硅要晚很多，相對(duì)硅來說，碳化硅產(chǎn)業(yè)國(guó)內(nèi)外的差距雖然并沒有那么大，但依然存在著代差。在SiC二極管領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)處于同一水平線上，不過國(guó)內(nèi)廠商在SiC MOSFET方面，與國(guó)際頭部廠商依然存在一到兩代的差距。所以，為了了解目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)量產(chǎn)SiC MOSFET的廠商現(xiàn)狀以及產(chǎn)品差別，我們整理了主流廠商的SiC MOSFET產(chǎn)品線并做了簡(jiǎn)單分析。

ST

在yole的數(shù)據(jù)中，去年全球碳化硅功率器件市場(chǎng)份額最高的廠商就是ST。同時(shí)憑借與特斯拉的合作，ST的SiC MOSFET產(chǎn)品也是最早在電動(dòng)汽車上被大規(guī)模應(yīng)用的，自Model3車型開始，特斯拉就一直大規(guī)模采用ST供應(yīng)的TPAK碳化硅模塊。

ST去年推出了第三代SiC技術(shù)平臺(tái)，器件耐壓值從650V、750V到1200V，共有三個(gè)規(guī)格，采用平面柵工藝，導(dǎo)通電阻從15mΩ到1300mΩ，產(chǎn)品覆蓋工業(yè)和汽車應(yīng)用。據(jù)稱，ST第四代平面型SiC MOSFET將會(huì)在今年年底推出市場(chǎng)，性能方面相比第三代導(dǎo)通電阻減少15%，工作頻率增加一倍至1MHz。而采用了溝槽柵設(shè)計(jì)的第五代產(chǎn)品目前還在測(cè)試階段，相比于平面型SiC MOSFET，溝槽型SiC MOSFET可以具有較小的導(dǎo)通電阻，寄生電容較小的同時(shí)開關(guān)性能更強(qiáng)。

產(chǎn)能方面，ST此前計(jì)劃在2022財(cái)年投入21億美元來擴(kuò)大產(chǎn)能，包括擴(kuò)建原有的6英寸碳化硅晶圓廠、2022投入運(yùn)營(yíng)的新加坡6英寸碳化硅晶圓廠。同時(shí)，2019年ST收購(gòu)的瑞典碳化硅襯底生產(chǎn)商N(yùn)orstel也開始進(jìn)行8英寸碳化硅材料的測(cè)試，預(yù)計(jì)會(huì)在2025年前后可以在新加坡8英寸產(chǎn)線中應(yīng)用。

羅姆

羅姆是目前為數(shù)不多量產(chǎn)了溝槽型SiC MOSFET的廠商。據(jù)官網(wǎng)顯示ROHM以額定電壓區(qū)分，共有四個(gè)系列的產(chǎn)品，650V的SiC MOSFET產(chǎn)品有18個(gè)型號(hào)，750V的有15個(gè)型號(hào)，1200V的有41個(gè)型號(hào)，1700V的有3個(gè)型號(hào)。

最早在2010年，羅姆就推出了首款平面型SiC MOSFET，在2015年推出的第三代SiC MOSFET產(chǎn)品中率先量產(chǎn)了雙溝槽結(jié)構(gòu)的SiC MOSFET。2020年羅姆推出了針對(duì)電動(dòng)汽車場(chǎng)景優(yōu)化的第四代1200V SiC MOSFET，通過改進(jìn)了雙溝槽結(jié)構(gòu)，相比于第三代產(chǎn)品降低了40%的導(dǎo)通電阻，并沒有降低短路耐受時(shí)間。同時(shí)降低柵漏電容，令開關(guān)損耗減少高達(dá)50%。按照路線圖，羅姆第五代SiC MOSFET產(chǎn)品將會(huì)在2025年左右推出，預(yù)計(jì)單位面積導(dǎo)通電阻會(huì)比第四代降低30%。

產(chǎn)能方面，羅姆規(guī)劃在2021-2025年之間，投入10-13億美元，提高碳化硅襯底以及器件的產(chǎn)能。羅姆旗下碳化硅襯底廠商SiCrystal正在對(duì)8英寸襯底進(jìn)行測(cè)試，預(yù)計(jì)在2023年可以量產(chǎn)。

英飛凌

英飛凌的SiC MOSFET采用了半包溝槽結(jié)構(gòu)，與羅姆是目前市面上唯二量產(chǎn)溝槽型SiC MOSFET的廠商。在英飛凌官網(wǎng)上，目前主要有650V、1200V、1700V三種規(guī)格的SiC MOSFET產(chǎn)品。其中1200V規(guī)格中有4款型號(hào)可以應(yīng)用于電動(dòng)汽車上，從產(chǎn)品料號(hào)上來看相比羅姆要少，產(chǎn)品主要面向工業(yè)應(yīng)用。

不過目前英飛凌的SiC MOSFET仍處于第一代，目前已經(jīng)推出了第一代的升級(jí)產(chǎn)品，但第二代產(chǎn)品預(yù)計(jì)要2022年底在汽車市場(chǎng)推出。根據(jù)英飛凌的產(chǎn)品路線圖，第二代SiC MOSFET會(huì)包括1200V和750V兩種電壓規(guī)格，相比與上一代載電流能力增加25%-30%。

產(chǎn)能方面，英飛凌目前主要通過特有的“冷切割”技術(shù)，減少晶錠切割過程中材料的浪費(fèi)，未來可以在相同晶錠中獲得多一倍的碳化硅襯底來增加產(chǎn)能。另一方面，英飛凌在今年宣布投資超過20億歐元，對(duì)位于馬來西亞的晶圓廠進(jìn)行擴(kuò)建，專門針對(duì)碳化硅晶圓進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)。

派恩杰

派恩杰2018年開始專注于第三代半導(dǎo)體SiC、GaN的功率器件的研究。公司成立半年后就研制出了首款650V GaN功率器件，在基于Gen3的技術(shù)上又推出了1200V SiC MOSFET，直至2021年派恩杰先后推出涵蓋了650V、750V、1200V、1700V四個(gè)電壓規(guī)格的SiC MOSFET產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高壓SiC MOSFET的空白市場(chǎng)。

除此之外，派恩杰在2020年成為國(guó)內(nèi)第一家量產(chǎn)車規(guī)級(jí)SiC MOSFET的公司，并在2021年獲得車企訂單，被應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車OBC。那么產(chǎn)品相比與國(guó)外廠商相比如何？

圖源：派恩杰

在與某國(guó)際廠商的650V 60mΩ SiC MOSFET進(jìn)行對(duì)比時(shí)，派恩杰的650V 60mΩ產(chǎn)品P3M06060K4在100kHz條件下，輕載時(shí)效率基本一致達(dá)到99%，重載時(shí)器件效率更高；在4kW時(shí)，P3M06060K4器件溫度86℃，另一款器件溫度則高達(dá)96℃。當(dāng)然這只是在單個(gè)維度上的對(duì)比。

據(jù)透露，目前派恩杰的技術(shù)對(duì)標(biāo)WolfSpeed的第三代平面型SiC MOSFET，由德國(guó)X-Fab代工。產(chǎn)能方面，派恩杰目前采用Fabless的模式，其SiC模塊封裝產(chǎn)線在2022年初動(dòng)工，預(yù)計(jì)年底就有樣品出來。

中電國(guó)基南方

中電國(guó)基南方（CETC）成立于1958年，為中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所，也是中國(guó)最早從事SiC器件研究的科研單位之一。旗下SiC MOSFET產(chǎn)品包括650V、1200V、1700V三種電壓規(guī)格，導(dǎo)通電阻覆蓋17mΩ-1000mΩ。就在今年7月初，國(guó)基南方宣布SiC MOSFET產(chǎn)品首次獲得新能源汽車龍頭企業(yè)大批量訂單。

2018年國(guó)基南方建立了6英寸碳化硅器件工藝平臺(tái)，布局覆蓋碳化硅材料、設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)。

愛仕特

愛仕特成立于2017年，僅僅一年后就成功量產(chǎn)1200V SiC MOSFET，同時(shí)推出3300V/60A的SiC MOSFET樣片。目前公司的SiC MOSFET產(chǎn)品覆蓋650V、900V、1200V、1700V、3300V五種電壓規(guī)格，采用6英寸晶圓，單芯片最大電流可達(dá)120A，導(dǎo)通電阻最低達(dá)到15mΩ。

官網(wǎng)顯示，愛仕特SiC MOSFET產(chǎn)品100% 通過UIS測(cè)試，并按照AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，可以滿足車規(guī)級(jí)要求。2020年公司SiC MOSFET功率模塊產(chǎn)線正式通線，目前其功率模塊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大量出口。據(jù)稱，今年比亞迪在車載OBC上采用了愛仕特650V SiC MOSFET，年需求量達(dá)到300萬只，雙方已經(jīng)簽下供貨協(xié)議。

小結(jié)

除了上面提到的廠商之外，國(guó)內(nèi)包括基本半導(dǎo)體、華潤(rùn)微、泰科天潤(rùn)、清純半導(dǎo)體、芯塔電子、上海瀚薪、瞻芯電子都已經(jīng)推出了SiC MOSFET產(chǎn)品，并有部分已經(jīng)獲得新能源車企訂單。當(dāng)然我們也可以看到，國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET目前主要被用于OBC上，應(yīng)用于電動(dòng)汽車主驅(qū)上的基本還沒有。但隨著國(guó)內(nèi)需求的增長(zhǎng)，在國(guó)產(chǎn)替代的趨勢(shì)下，我們可能會(huì)在1-2年后，就能看到國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET產(chǎn)品從技術(shù)以及產(chǎn)能上的新一輪爆發(fā)?！　?/p>