国产SiC MOSFET芯片上车？量产恐仍需一定时间

日前，一汽在官微上官宣了一则新闻，引起了行业热议：“一汽红旗的研发总院新能源开发院功率电子开发部与中国电子科技集团第55研究所联合开发的红旗首款全国产电驱用1200V塑封2in1碳化硅功率模块A样件试制完成。”

目前SiC车用情况

过去两年的时间里，国内已有蔚来、小鹏等造车新势力车企的多个车型陆续搭载了碳化硅，比亚迪旗下汉、唐 PHEV和唐EV车型也用碳化硅功率器件部分替代IGBT。据统计，配套SiC的新能源汽车品牌到今年1月份已经增加到6家，车型款数多达12款，总量达4.48万辆，占整体新能源乘用车市场的比重增长至15.4%。

图片数据来源：NE时代

据Insemi不完整统计，2023年2季度后各大车企要推出的碳化硅车型更是将突破30款之多。但功率芯片供应来看，主驱中应用的芯片供应商仍为ST、onsemi、英飞凌、博世、罗姆等头部供应商，当前主驱用SiC MOSFET芯片仍处于供不应求的状态，上述公司的产品订单已排至2024年之后。

国产方面，虽然在2022年国产SiC MOSFET 推出迅速。据CASA数据，国内至少有14家企业推出多款 SiC MOSFET产品，但可用于主驱应用的mos产品仍屈指可数。当前只有较少数公司如五十五所、清纯半导体、士兰微、瞻芯、爱仕特等公司开始给主驱送样测试。

国产上主驱？距量产恐仍有一段距离

五十五所与红旗的组合确实让行业对国产芯片开始侧目，但从实际情况出发，国产芯片上主驱，可能仍需要一段时间。

1、芯片制造的瓶颈

虽然业内人士都知道SiC功率器件制造工艺与Si基功率器件制造工艺差异不是很大。但是SiC功率器件的良率却远低于Si基功率器件，这里主要有以下几个原因：

①与衬底、外延的质量有关；

②SiC的掺杂只能通过离子注入机注入高能粒子，这个过程会破坏晶格结构，因此需要高温退火进行恢复，但是SiC的退火温度在1600℃左右，这么高的温度既要保证晶圆上的器件结构不被破坏，还要达到高的离子激活率和准确的P型区域是非常难的；

③MOSFET是通过是否给栅极加电压实现对源极和漏极是否导通的控制，那么栅氧层的质量就尤为关键，栅极氧化层出现缺陷会影响沟道迁移率导致MOSFET阈值漂移，进而导致漏电增加。

本征的4H-SiC迁移率约为1000cm2/Vs，但目前商用的SiC MOS迁移率要远低于1000cm2/Vs，在小几百的水平，这是SiC材料特质导致的。Si基MOSFET只要高温通O?就可以制作出SiO?作为栅极氧化层，而SiC基MOSFET在此过程中会有C原子的析出，多出来的C原子影响了栅氧层的可靠性，因此栅氧这一工艺环节是SiC MOSFET良率问题最大的卡点。

主驱应用所需的碳化硅芯片导通电阻在10-20毫欧之间，芯片面积目前在5*5mm2，芯片制造的技术壁垒较高，当前国内的SiC芯片产能仍以二极管为主，量产的MOS也多以满足OBC等要求的40-80毫欧产品，且良率水平一般。

同时，我们假设国内主驱MOS良率和技术水平日后会逐步追平国外，国内Foundry的扩产可能也不会很快。当前，高能离子注入机等核心设备是Foundry环节最核心的设备，当前设备交期也是限制国内企业扩产的速度的主要原因。

2、一定的车规认证周期

目前，碳化硅产品上车和IGBT的流程类似，都是先做 bench test（系统级测试），再做 DV、PV 测试，以及冬测、夏测，之后做上车测试，市场上并没有特别针对 SiC 的测试，也没有特别针对外延和衬底的认证，只要模组过了 AQG324、芯片过了AEC-Q101 等就认为风险可控。国内虽有不少企业通过了车规认证，但对车本身而言，真正的认证只有量产认证。

那碳化硅产品上车，大概需要多久呢？以 ET7 为例，从 2020 年 6 月立项开始做，到 2022 年 Q1 SOP，大约需要 1.5-2 年。DV、PV 测试都是 3-6 个月，前期设计约 3 个月，上车后冬测、夏测约 3-6 个月，期间有一些重叠，最后爬产、产线升级整理和供应商备货总共需要 0.5-1 年，因此真正量产上车需要经历 1.5-2 年的研发周期。目前五十五所的该款产品，仍在A样阶段，后续还需要经历较长的验证周期后，才能真正实现量产。

好的开端

即使如上文所说量产仍需一定时间，我们还是要为五十五所与红旗的合作碰撞感到欣慰，这意味着国产芯片具备了主驱应用的技术能力，离真正量产仅有一步之遥。

据调研，五十五所的衬底采用的是天科合达、烁科等生产的国产衬底。这意味着，国产衬底的头部企业也具备了主驱应用的技术水平，即使国产碳化硅的技术迭代与良率提升仍较为缓慢，但这则新闻无疑是给国产碳化硅产业链发展注入了强心针。让我们看到了国产替代的巨大市场机会。

未来随着新能源汽车碳化硅车型的推出放量，汽车“缺芯”难题有望能够得到缓解，汽车电子产业链供应链安全能够得以保障，这也是五十五所一直以来的初衷和坚持实现的使命。（文：碳化硅芯观察）

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