半岛综合体育官方网站SiC全民「挖坑」有目共睹，SiC功率半导体这几年的发展速度几乎超出了所有人意料。其中，由于SiC MOSFET具有取代现有的硅超级结（SJ）晶体管和IGBT技术的潜力，受到了特别关注。

　　实际上，SiC MOSFET的发展历史相当长远，全球SiC产业龙头Wolfspeed的前身Cree公司的创始人之一John Palmour早在1987年就申请了一项涉及在SiC衬底上生成MOS电容器的结构，这项专利后来被视为促成SiC MOSFET诞生的关键。

　　不过，由于衬底良率、制造工艺等问题，直到2010年左右SiC MOSFET才正式实现商业化。

　　彼时，Cree推出了市场上*款SiC MOSFET，采用平面栅结构的CMF20120D（另有说法称，2010年罗姆率先推出了*平面型SiC MOSFET）。到了2015年，罗姆率先实现沟槽栅结构SiC MOSFET的量产，这种结构更能够发挥SiC材料的特性，工艺更复杂。

　　经过近10年的发展，目前在SiC MOSFET的技术路线上，沟槽型SiC MOSFET正在被认为是更有优势的技术路线.平面型 or 沟槽型？

　　沟槽型SiC MOSFET结构：是指栅极位于源极下方，在半导体材料中形成一个“沟槽”，沟槽栅结构中的沟道和栅极是垂直于衬底的，这也是与平面栅结构的一个显著区别。尽管其工艺复杂，单元一致性比平面结构差。但是，由于沟槽结构没有JFET效应，具有更高的沟道密度，同时沟道所在SiC晶面具有较高的沟道迁移率，因此能够实现更低的比导通电阻，能实现更大电流的导通和更宽的开关速度。

　　相对而言，平面栅SiC MOSFET工艺复杂度没那么高，而且开发历史比较长，国内外相关产品较早实现量产，并且在特拉斯、比亚迪等众多车企带动下，平面栅SiC MOSFET功率模块自2018年就进入了主驱逆变器。

　　然而，在缩小芯片尺寸，从而提高产量的过程中，平面栅SiC MOSFET的横向拓扑结构对其最终能够缩小的程度造成了限制。

　　罗姆和英飞凌是率先转向沟槽SiC MOSFET的公司。据Yole报告显示，沟槽SiC MOSFET阵营目前从原来的罗姆和英飞凌已经扩大到多家头部大厂，例如住友电工、三菱电机、电装、Qorvo（UnitedSiC）、ST、Wolfspeed、安森美半导体等等，都在从平面结构的MOSFET向沟槽结构转型。

　　2015年，罗姆开发并量产了世界*沟槽结构的SiC MOSFET，而且是双沟槽的结构。截止目前，罗姆的沟槽型SiC MOSFET已经发展到了，双沟槽结构同时具有源极沟槽和栅极沟槽。

　　2017年，英飞凌报道了采用半边导通结构的沟槽型SiC MOSFET器件，在栅极沟槽的一边形成导电沟道。从上图看到，参杂毗邻沟槽中的区域是不对称的，沟槽的左侧壁包含了MOS沟道，它被对准到a-plane面，以实现*的沟道迁移率，沟槽底部的大部分被嵌入到沟槽底部下方的p型区域中。

　　该结构可保护沟槽拐角不受电场峰值影响，提高器件可靠性，同时能进一步提升器件耐压，使得开关控制良好，动态损耗非常低。特别是，该特性对于抑制使用半桥的拓扑中寄生导通引起的额外损耗至关重要。

　　据Yole数据统计，全球碳化硅功率器件市场份额最高的厂商就是意法半导体（ST），同时凭借与特斯拉的合作，ST的SiC MOSFET产品也是最早在电动汽车上被大规模应用的，自Model3车型开始，特斯拉就一直大规模采用ST供应的碳化硅模块。

　　2021年第3季度，随着收购衬底供应商GTAT的通过，安森美搭建了从碳化硅晶锭、衬底、器件生产到模块封装的垂直整合模式。

　　从产品结构来看，安森美的第1代碳化硅MOSFET技术（M1）采用平面设计，耐压等级为1200V。之后从中衍生出900V和750V耐压的规格，微观结构也改为Hex Cell设计，这两个改动相叠加使得碳化硅MOSFET的导通电阻降低了35%左右。目前安森美推出的大部分碳化硅产品均基于M1与其衍生出的M2平台。

　　事实上，安森美在沟槽栅方面已经研究了很多年，也有很多样品在进行内部测试，其认为*的问题在于，过早的推出沟槽栅产品在可靠性方面还有一定的风险。所以安森美正在进行可靠性优化，提升沟槽栅的利用率。

　　同时，在提升可靠性方面，安森美也在对沟槽栅进行摸底，在标准测试的基础上加一些认为有风险的测试点，力图将风险搞清楚。

　　2019年，三菱电机也开发出了一种沟槽的SiC MOSFET，为了解决沟槽型的栅极绝缘膜在高电压下的断裂问题，三菱电机基于在结构设计阶段进行的先进模拟，开发了一种独特的电场限制结构，将应用于栅绝缘薄膜的电场减小到常规平面型水平，使栅绝缘薄膜在高电压下获得更高的可靠性。

　　具体来看，在垂直沟槽方向注入铝元素，使沟槽底部形成电场限制层，再通过其新技术斜向注入铝，形成连接电场场限制层和源极的侧接地，并斜向注入氮元素，再局部形成更容易导电的高浓度掺杂层。电场限制层将施加在栅极绝缘膜上的电场降低到传统平面结构水平半岛综合体育下载，保证耐压的同时，提高器件的可靠性。连接电场限制层和源极的侧接地，实现了高速开关动作，减少开关损耗。

　　与平面结构相比，沟槽型器件Cell pitch更小，所以功率器件能排列更多的元胞。元胞高密度排列使得流动的电流变多，但各栅极的之间的间隔太小就会导致路径变窄，电流流动困难。将氮元素斜向注入，在局部形成更容易导电的高浓度掺杂层，使电流路径上的电流变得容易传输，从而降低电流通路的电阻。与没用高浓度层相比，电阻率降低了约25%。

　　作为一家在SiC行业中浸润了超过30年的企业，Wolfspeed及其前身Cree在1991年就推出了*片量产碳化硅衬底。深厚的经验积累和历史沉淀让Wolfspeed的碳化硅衬底性能和质量独占鳌头，就连意法半导体、英飞凌和安森美等同行业竞争对手都不得不花费上亿美元向其采购。因此，Wolfspeed的碳化硅产品获得了至关重要的先发优势，成为了整个碳化硅行业的风向标。

　　Wolfspeed联合创始人John Palmour曾表示：“因为沟槽MOSFET有更好的导通电阻，这是关键性能指标。只要我们在导通电阻方面远远*沟槽SiC MOSFET，我认为没有理由改变这一点，何况我们还将继续改进平面SiC MOSFET。客户不应该关心它是平面MOSFET还是沟槽MOSFET，重要的是特定导通电阻。事实上，我们也不在乎哪种技术路线，我们只关注哪种设计能给客户带来*的利益。”

　　早在2016年，富士电机就开发了用于全SiC模块的1200V SiC沟槽MOSFET，实现了3.5mΩcm2的低比电阻，阈值电压为5V，同时保持用于打开和关闭电流的“通道”的高可靠性。

　　2016年，住友公司研制出具有厚底部氧化层的V型沟槽SiC MOSFET器件样品，进一步提高了器件的栅氧可靠性和阈值稳定性。

　　据了解，不同于传统的SiC MOSFET设计，Qorvo另辟新径，其SiC MOSFET采用了高密度沟槽 SiC JFET结构，SiC MOSFET中的沟道电阻Rchannel被SiC FET中低压硅MOSFET的电阻所取代，后者的反转层电子迁移率要好得多，实现了超低单位面积导通电阻，因此损耗也更低。该结构与低电压 Si MOSFET 共同封装，SiC FET的晶粒面积也相对较小。

　　据了解，瑞萨电子在2023年刚申请了专利，准备研究碳化硅沟槽结构，简称周期性连接，变异双级沟槽MOSFET”。