打磨900天！这款SiC MOSFET性能位居前列

来源:第三代半导体风向发布时间:2022-09-282011浏览

9月27日，成都蓉矽半导体有限公司举行了线上新品发布会，重磅发布了第一代SiCMOSFET。今年6月，蓉矽刚发布了碳化硅二极管，拥有11倍以上抗浪涌电流能力，这次发布的第一代NovuSiC®MOSFET，据说历经900多天的打磨，各项性能在国内市场中位居前列，蓉矽采用了哪些关键技术？这款产品有哪些亮点？

NovuSiC® MOSFET 首发

高性价比，性能全球领先

发布会上，蓉矽半导体副总经理高巍博士作了“厚积薄发、创新不止”主题报告，详细介绍了蓉矽碳化硅MOSFET的开发历程、设计理念和独特优势，而蓉矽半导体应用工程师王德强则围绕产品应用展示了应用领域、应用场景和解决方案，体现了蓉矽半导体自主研发的实力和逐鹿车载芯片市场的决心。据介绍，蓉矽在本次发布会推出的NovuSiC® 1200V/75mΩ MOSFET G1产品，是历经900多天的研发、打磨，通过深耕细作，实现了厚积薄发。

表1. NovuSiC® 1200V/75mΩ MOSFET G1关键参数

NovuSiC® MOSFET可以做到在大幅度降低静态损耗的同时，减小动态损耗，因此能够提高系统整体功率密度，降低系统总成本，该产品在新能源汽车、直流充电桩、光伏系统等领域表现亮眼。蓉矽半导体在SiC MOSFET开发过程中，从应用场景出发，坚持电学性能、鲁棒性与可靠性各项均衡、优化的理念——即兼顾比导通电阻和栅氧化层电场的同时，通过采用更低栅压驱动，优化栅氧工艺、栅氧化层电场强度，降低结终端的曲率效应等举措来提高器件的鲁棒性和长期可靠性，体现了蓉矽半导体对创新和品质的极致追求。具体来说：

在电学性能与鲁棒性方面，在 VGS=16V时，可实现75mΩ的导通电阻；VGS=18V时，比导通电阻为4.17，在国内市场中位居前列。

图1：蓉矽半导体NovuSiC ® 1200V/75mΩ MOSFET导通特性

1200V耐压时，JFET区栅氧化层电场强度远小于常规4.0MV/cm的限制，在VDD=800V条件下，短路耐受时间＞3μs。

图2：蓉矽半导体NovuSiC ® 1200V/75mΩ MOSFET短路鲁棒性

在提高沟道密度的同时降低了JFET区的有效面积，并透过降低Cgd对动态特性进行了优化；栅极电荷与国际竞品近似，优值高于业界平均水平，且从NovuSiC® MOSFET G2开始（1Q’23）将会达到现今国际最先进技术标准。

图3：不同厂商栅电荷和优值对比

两大关键策略

大幅提升可靠性

可靠性方面，针对FN隧穿、陷阱辅助隧穿以及外部缺陷造成的栅氧化层退化、失效等风险，蓉矽半导体提出“控制栅氧化层电场、提高栅氧化层质量/筛除栅氧化层缺陷”策略对其进行针对性优化，进一步提高了栅氧化层可靠性。一、平面SiC MOSFET中，栅氧化层高电场主要集中在沟道位置与JEFT区栅氧中心位置。1)针对沟道位置处电场：通过采用更低的工作栅压，保障栅氧化层的长期可靠性；2) 针对JEFT区栅氧中心：设计之初就将额定阻断电压1200V时的栅氧化层电场强度限制在较低水平，远低于常规4.0MV/cm的限制，以削弱其电场强度。二、晶圆测试阶段引入WLTBI（Wafer-Level Test Burn-In）以筛除栅氧化层于产品生命周期中的潜在退化/失效。

图4：蓉矽半导体的可靠性保障策略高巍博士除了对蓉矽半导体的第一代NovuSiC® 1200V/75mΩ MOSFET G1进行了详细介绍外，还预告了G2产品的开发进度及其性能优势。NovuSiC® MOSFET G2基于更先进的工艺制程与更优异的设计，大幅提升动静态性能。其中，比导通电阻Ron,sp可降低24%，栅电荷Qg下降25%，具有高效率、高开关频率、高功率密度的性能优势。

表2. NovuSiC® MOSFET G2关键参数

进军车载市场

推动汽车电动化转型发展

在新能源汽车、充电桩、电驱控制等领域，碳化硅功率器件可提升整车效率，增加续航里程，是应用的主流趋势。加之中国拥有全球最大的市场规模，行业需求旺盛。为此，除了推出高性价比的NovuSiC®系列产品外，蓉矽半导体还推出了高可靠性的DuraSiC®系列产品，其中DuraSiC®系列产品主要应用于OBC和车载DC-DC中。

图5：OBC 800V电池平台系统这两个系列的SiC MOSFET具有哪些效益？1、车载电源效率超97%当前，随着快充和双向充放电需求的持续增长，OBC输入电压提升至380VAC、电池电压提升至800V，采用1200V碳化硅器件可简化系统拓扑，满足高压应用需求。主拓扑主要采用全碳化硅MOSFET的三相全桥PFC和双向谐振DC-DC拓扑，以实现双向充放电功能，功率提升至11kW以上，可降低损耗50%以上并同时减小磁性器件体积70%以上，提升峰值效率达97%以上。在直流充电桩领域，高压化、智能化、多元化发展趋势明显。在直流充电模块主拓扑方面，蓉矽NovuSiC®方案有着DC-DC系统简单、控制方便、开关损耗低、效率提升明显等诸多优势，可释放更多控制资源。2、光伏逆变器体积缩小60%在10kW光伏逆变器应用中，相较硅基IGBT方案，采用蓉矽碳化硅NovuSiC®方案后，可实现20kHz开关频率下，降低总损耗50%，提升效率2%；或在总损耗相同的情况下，将开关频率提升1倍，减小系统体积60%以上。

提供评估板

兼容多款驱动芯片

为了方便客户在产品开发前期评估方案可行性，蓉矽半导体特别开发出了“EVAL-MAIN”评估板，以提供给客户进行单双脉冲测试，评估开关管动态性能。

图6：蓉矽SiC MOSFET驱动评估板实物图该评估板由母板和灵活驱动子板组成，有电容隔离技术和磁隔离技术两种方案，此评估板适用于TO247-3和TO247-4封装的碳化硅MOSFET，可兼容多款驱动芯片进行测试评估。

表3：驱动评估板主要参数
蓉矽半导体成立于2019年12月，是四川省首家专注于宽禁带半导体碳化硅功率器件设计与开发的高新技术企业。自成立以来，蓉矽半导体就踏实地走好、走稳了每一步，产品开发的每一环节都求实、较真，满足客户需求，为客户创造价值。未来，蓉矽将“厚积薄发，创新不止”，朝着成为中国领先的功率半导体研发和制造基地的目标加速前进，以科技创新助力国家“双碳”进程。

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