“1200V以上的SiC高速器件 ， 可以通过提高系统的开关频率来提高系统性能 ， 提高系统功率密度 。而硅MOSFET主要应用在650V以下的中低压功率领域 。这就意味着 ， 电动汽车直流充电桩的功率单元如果采用硅 MOSFET ， 则需要两路串联 ， 而采用SiC MOSFET ， 单路就可以实现 ， 从而大大提高充电桩的功率单元单机功率 。” 陈子颖说 。
头部厂商跟进
目前 ， 国际头部厂商正在推动宽禁带半导体实现更高规格、更低阻抗、更低热阻并持续提升生产能力 。
导通阻抗的降低 ， 是宽禁带产品迭代的重要指标 。安世半导体的氮化镓晶体管在三年的发展和销售中 ， 导通阻抗从最初的 60 mΩ 的650V晶体管 ， 降到了30mΩ 的新器件 ， 即将达到5 mΩ 。安森美最新推出的650V SiC MOSFET 采用有源单元设计 ， 结合薄晶圆技术 ， 使导通阻抗的品质因数领先于同类产品 。
在热阻方面 ， 安森美新推出的1200 V SiC MOSFET 2 pack模块采用了平面技术 ， 其较大裸芯片与沟槽式MOSFET相比 ， 降低了热阻 ， 从而在相同的工作温度下降低了裸芯片温度 。
以硅为衬底的氮化镓器件 ， 有效提升了宽禁带半导体的性价比 ， 安世半导体等企业已经在硅基氮化镓有所布局 。
“衬底是氮化镓产业化的关键 。衬底制备技术难度大 ， 且面积大多在2到4英寸 ， 成本高昂 ， 所以直接在氮化镓基上生长外延是不划算的 。由于氮化镓与碳化硅的晶格匹配非常好 ， Cree等厂商选择在碳化硅衬底上生长氮化镓外延 ， 但是碳化硅的成本仍然偏高 。后来业界将目光转向蓝宝石 ， 可蓝宝石的散热能力难以满足高频、大功率场景的需求 。硅基氮化镓是一个兼得的方向 ， 硅成本低 ， 散热能力较强 ， 加速了氮化镓器件的产业化进程 。”郭辉说 。
晶圆尺寸的提升和切割技术的创新 ， 也在提升宽禁带半导体的产能并降低生产成本 。Cree、英飞凌、意法半导体等厂商已经具备8英寸碳化硅晶圆量产能力 。2018年英飞凌收购了位于德累斯顿的初创公司Siltectra ， 其冷切割创新技术可高效处理晶体材料 ， 最大限度减少材料损耗 ， 使单片晶圆产出的芯片数量翻倍 ， 从而有效降低SiC成本 。
封装技术的优化有利于宽禁带器件的性能改进 。基本半导体总经理和巍巍向采访人员指出 ， 器件封装也是增加产品附加值的重要维度 ， 如在封装上引入银烧结等关键技术 ， 可以更好地发挥碳化硅材料的特性 ， 改善器件的质量 。陈子颖表示 ， 低寄生电感封装可以让SiC器件更好地发挥高速性能 ， 有效提高器件电流输出能力 ， 从而降低单位功率密度的成本 。在氮化镓领域 ， 封装也是新技术产业化的关键因素 。Giuliano Cassataro指出 ， 习惯使用贴片封装硅器件的设计人员可以轻松切换到氮化镓 ， 从而利用该技术提升效率、功率密度和成本优势 。
在可靠性和质量保证方面 ， 碳化硅器件有平面栅和沟槽栅两种类型 。英飞凌基于沟槽栅SiC MOSFET规避了平面栅的栅极氧化层可靠性问题 ， 实现了更高的功率密度 。
目前头部厂商的宽禁带器件已经来到1700V的产品规格 。袁光明表示 ， 宽禁带会朝着更低阻抗、更低压降、更低电容的方向发展 。程文涛也指出 ， 碳化硅晶圆的冷切割技术 ， 器件沟道结构优化 ， 氮化镓门极结构优化 ， 长期可靠性模型、成熟硅功率器件模块及封装技术的移植等等 ， 将继续对宽禁带半导体的长期发展产生深远影响 。
产业化如何破题
在《2021达摩院十大科技趋势》（以下简称《趋势》）中 ， 阿里达摩院将“以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体迎来应用大爆发”置于首位 。《趋势》指出 ， 随着材料生长、器件制备等技术的不断突破 ， 第三代半导体的性价比优势逐渐显现并正在打开应用市场 。

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