谢绝低“可靠度”:国际与本土SiC“玩家”耕耘有道

来源:华强电子网 作者:Andy 时间:2019-05-08 10:31

可靠度 国际 sic

  克服成本问题仅仅只是第一步,SiC要充分适应充电桩领域的应用需求,可靠性也是不得不提的问题。尽管汽车充电桩与汽车安全驾驶并无直接关系,但由于充电设施会直接与汽车进行接触,这个过程就好比过去的给燃油车加油,整个环节也暗藏风险,万中若有一失,同样会对汽车安全带来直接的威胁。

  业界SiC代表厂商产品线某负责人也对此表示赞同,他认为:“充电桩其实现在有一个趋势,就是一方面它的功率越来越大,几百千瓦而且是几个一起,充电站是兆瓦级的。一个充电站所需要的电几乎是几栋大楼的电,所以往往你要建一个充电站,就需要电网公司配一个配电的变压器,专门拉电源过来才能做到。虽然这是对用户好,但是对充电器来说就不好了,因为一次充5分钟、300千伏,对所有电力设备最怕的就是负载,瞬间要做满功率,满功率后10分钟停下来,然后下一个就要来了,每天都会经历这样的循环,所以对器件的可靠性还是有比较高的要求的。”

  在SiC器件的可靠性上,低反型层沟道迁移率以及高温、高电场下的栅氧可靠性是目前存在的两大技术难点,这也直接决定了SiC器件在实际应用中能否体现自身相对Si基器件的优势,更是那些深耕SiC功率半导体领域的供应商们在未来愈发激烈的市场竞争中存活和立足的根本。SiC MOSFET目前广泛存在的低反型层沟道迁移率问题上,水原德健告诉记者:“一般来说,SiC-MOS的漂移层阻抗比硅MOS低,但是按照现有技术水平,SiC-MOS的沟道迁移率确实又会比硅MOS低,从而造成沟道部的阻抗比Si器件要高。但是,提高门极驱动电压,可以有效地降低沟道部的导通阻抗,因此为了充分发挥SiC-MOS低导通电阻的特性,罗姆推荐使用比硅产品要高的18V门极驱动电压。”

  对于如何提升SiC器件高温、高电场下的栅氧可靠性,罗姆半导体也给出了自家的解决方案,水原德健表示:“罗姆的SiC-MOS是经过不断研发栅氧成型工艺和优化器件结构,已将SiC-MOS的栅氧可靠性达到了与目前广泛使用的硅MOS及IGBT同等的品质,能够满足高温高湿反偏老化(HTGB)可靠性测试要求(+22V,150℃)。同时,罗姆在器件出厂前采用独特的筛选技术,确保不良品不会流向市场。”

  作为本土SiC功率半导体领域的代表企业,基本半导体在SiC的可靠性设计上也在不断追求极致,刘诚表示:“我们是通过优化氧化结合N2O栅氧的工艺来改善目前存在的反型层沟道低迁移率问题;另一方面,通过调整元胞结构达到降低栅氧电场的目的,也对碳化硅MOSFET反型层沟道低迁移率问题和SiC MOSFET可靠性问题都有比较大的改善。目前,我司发布的碳化硅MOSFET在TDDB测试下栅极等效寿命超过200年。”由此可见,在器件可靠性方面,本土厂商也具备了与国际大厂比肩的实力。

  总之,在SiC器件真正开启车载市场“大门”的前夕,充电桩作为兼具市场刚需性及非车规级可靠性的应用,已率先成为SiC功率半导体技术赋能的重点对象,“高效高功率”的汽车充电时代已近在咫尺。但基于电压、电路结构等多方因素综合考虑,大功率充电桩领域,SiC-SBD将会是SiC功率半导体领域的“先锋”品类,尤以1200V的SiC-SBD为主;而后,随着电动汽车电池容量的提升、平台电压的提高加之电动汽车市场对充电效率需求的进一步增大,SiC-MOS也有望在汽车充电桩市场大展拳脚,SiC淘金汽车充电桩市场的时机已经到来。

  而在成本方面,编者认为,随着越来越多国内产线的正式落成,加之国际大厂们在6英寸产线上的加速布局,相信今明两年SiC在成本上必然能够小有突破;另外,尽管目前业界在SiC的两大关键可靠性难点上有了不小的技术进展,但是相比传统的Si基器件来说,SiC功率器件的可靠性潜力仍有待进一步被挖掘。当然,这不仅仅是技术端的问题,也需要在厂商在应用端持续进行深入探索,毕竟只有通过时间的考验和磨砺,并获得丰厚的应用及市场经验之后,SiC才能在功率半导体领域全面替代传统Si基半导体,实现真正意义上的大规模普及。(责编:June)



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