近期，多家公司發佈了碳化硅（SiC）方面的新產品。作為新興的第三代半導體材料之一，碳化硅具備哪些優勢，現在的發展程度如何？
不久前，碳化硅的先驅英飛凌科技公司推出了650V 的 CoolSiC™ MOSFET ，值此機會，電子產品世界訪問了英飛凌電源管理及多元化市場事業部大中華區開關電源應用高級市場經理陳清源先生。
陳清源，英飛凌電源管理及多元化市場事業部大中華區開關電源應用高級市場經理
▶碳化硅與氮化鎵、硅材料的關係
碳化硅MOSFET是一種新器件，使一些以前硅材料很難被應用的電源轉換結構，例如電流連續模式的圖騰柱 PFC(CCM mode Totem Pole PFC)成為可行，另外由於價格高於同等級的硅器件，所以市場上對其應用經驗還需不斷積累增加。好消息是碳化硅在使用上的技術門檻並不高，相信假以時日，碳化硅器件會在服務器、數據中心、通訊系統的開關電源，工業電源，太陽能逆變器， UPS (不間斷電源)，電池化成(formation)電源，充電樁等領域得到廣泛的應用。
與另一種寬帶隙器件氮化鎵（GaN）相比，碳化硅器件商用歷史更長，因此技術和市場的接受程度都更加廣泛。
英飛凌是市場上唯一能夠提供涵蓋硅、碳化硅和氮化鎵等材料的全系列功率產品的製造商。此次新產品的發佈意義之一在於：完善了其600V/650V細分領域的硅基、碳化硅以及氮化鎵功率半導體產品組合。那麼，英飛凌如何平衡三者的關係？
陳清源經理指出，不同的客戶因為各自的應用場景和技術儲備，而對三種材料的器件有不同程度的使用。硅材料由於技術成熟度最高，以及性價比方面的優勢，所以未來依然會是各個功率轉換領域的主要器件。而氮化鎵器件由於在快速開關性能方面的優勢，會在追求高效和高功率密度的場合，例如數據中心、服務器等，有較快的增長。在三種材料中，碳化硅的溫度穩定性和可靠性都被市場驗證，所以在對可靠性要求更高的領域，例如汽車和太陽能逆變器等，可看到較快的增長。
▶650V CoolSiC™ MOSFET的特點及工藝
650V CoolSiC™ MOSFET器件的額定值在27 mΩ~107 mΩ之間，既可採用典型的TO-247 3引腳封裝，也支持開關損耗更低的TO-247 4引腳封裝。與過去發佈的所有英飛凌CoolSiC™ MOSFET產品相比，全新650V系列基於先進的溝槽半導體技術。通過最大限度地發揮碳化硅強大的物理特性，確保了器件具有出色的可靠性、開關損耗和導通損耗。此外，它們還具備高的跨導水平（增益）、4V的閾值電壓（Vth）和短路穩健性。總而言之，溝槽技術可以在毫不折衷的情況下，在應用中實現最低的損耗，並在運行中實現最佳可靠性。
與市面上其它硅基以及碳化硅解決方案相比，650V CoolSiC™ MOSFET能夠帶來更加吸引人的優勢：更高開關頻率下更優的開關效率以及出色的可靠性。得益於與溫度相關的超低導通電阻（RDS(on)），這些器件具備出色的熱性能。此外，它們還採用了堅固耐用的體二極管，有非常低的反向恢復電荷：比英飛凌最佳的超結CoolMOS™ MOSFET低80%左右。其換向堅固性，更是輕鬆實現了98%的整體系統效率，如通過連續導通模式圖騰柱功率因素校正（PFC）。
為了簡化採用650V CoolSiC™ MOSFET的應用設計，確保器件高效運行，英飛凌還提供了專用的單通道和雙通道電氣隔離EiceDRIVER™柵極驅動器IC。該方案（整合了CoolSiC™開關和專用的柵極驅動器IC）有助於降低系統成本和總擁有成本，以及提高能效。CoolSiC™ MOSFET可與其它英飛凌EiceDRIVER™柵極驅動器系列IC無縫協作。
談到下一步發展計劃，陳清源經理稱，此次發佈的新產品針對的是對效率、功率密度以及可靠性要求很高的諸多應用，包含2款插件封裝，有8款器件；接下來，英飛凌將會陸續發佈基於貼片(SMD)封裝的產品。
在總體工藝方面，英飛凌擁有從晶圓到封測齊全的製造體系，此次發佈的新產品採用6英寸晶圓生產線製造。值得一提的是，目前市面上的碳化硅MOSFET所使用的工藝，通常採用相對較薄的柵氧化層(gate oxide)，以取得導通阻抗和門極可靠性之間的折衷。而英飛凌所採用的特殊溝槽工藝，使 CoolSiC™ MOSFET 可以在增加溝道的電子遷移率(channel mobility)的同時提高門極的可靠性。
▶英飛凌碳化硅的優勢
英飛凌的碳化硅產品主要有四大優勢。
（1）有豐富的碳化硅器件研發和製造經驗。英飛凌早在2001年就在業界率先推出碳化硅二極管，現已成為世界的主要供應商和領導廠商。
（2）很早就開始了面向客戶應用系統的設計理念，使所開發的產品符合目標應用的性能要求。
（3）高標準的質量體系，英飛凌有超出業界通常水準的產品質量規格。
（4）擁有強大而穩定的的製造和物流系統，因此即使在最具挑戰的供需環境中，也能保障對客戶承諾的的交付。例如，現在突如其來的新冠肺炎疫情對英飛凌的影響不太大，因為疫情已在中國得到了較好的遏制，英飛凌在國內的製造系統已全面恢復正常生產，因此在交付方面沒有受到影響；另一方面，英飛凌採取了審慎的措施和步驟，使銷售和技術支持團隊也逐步恢復原有的節奏。
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