【ZiDongHua 之汽車產業(yè)鏈收錄關鍵詞：安森美 碳化硅 MOSFET SiC 】
　　
　　平面還是溝槽？聽聽安森美碳化硅專家怎么說
　　
　　本文轉載自EEWorld。
　　
　　“中國是全球最大、增長最快的純電動汽車市場，中國 OEM 正在采用安森美的碳化硅解決方案，因為我們的芯片和模塊（例如我們剛剛發(fā)布的 M3e）具有市場領先的效率。”安森美(onsemi)CEO Hassane在一次電話會上表示。
　　
　　實際上，安森美碳化硅的成長已經得到了普遍證實。Yole Intelligence高級分析師Poshun Chiu在2023年的一篇報告中指出，主要的 IDM 都在利用快速增長的功率碳化硅器件市場（該市場規(guī)模較 2022 年第一季度增長了一倍），但安森美半導體的增長率超過了同行，包括市場領導者意法半導體。
　　
　　隨著市場對高效、綠色產品的熱衷，以電動汽車為代表的新一代消費火熱，也使得碳化硅越來越成為市場炙手可熱的賣點。而縱觀安森美的近期幾次路演，所有分析師都將碳化硅作為熱門話題與公司領導層進行探討。
　　
　　日前，安森美電源方案事業(yè)群資深產品專家Dr. Das來華，與眾媒體探討了關于安森美與碳化硅的未來，我們也從談話中得到了不少信息，一起來一探其成功的秘密。
 
　　
　　安森美電源方案事業(yè)群資深產品專家Dr. Das
　　
　　Dr. Das對中國并不陌生，2020 - 2022其在三安光電擔任技術營銷和市場總監(jiān)。1994年，Dr. Das進入普渡大學，專攻碳化硅，之后一直在Cree、Wolfspeed以及TI工作，今年正是其入行碳化硅的第三十個年頭。
　　
　　垂直整合與Fab Rignt
　　
　　地域和市場多元化戰(zhàn)略，是安森美碳化硅得以迅速增長的首要原因，即便在市場增長趨緩之時，安森美“仍有望在 2024 年實現(xiàn)超過碳化硅市場 2 倍的增長。”
　　
　　無論是Hassane還是Dr. Das，都在不同場合反復提到安森美的一個競爭力，就是擁有完整的垂直整合能力。自收購GTAT以來，安森美碳化硅的大部分襯底都是內部制造，這種IDM模式，也使得產品無論是質量還是供應上都得到了保證。
　　
　　不過Dr. Das也強調，安森美從來就是采用靈活的供應模式，比如襯底，也會保留第三方，以便靈活滿足市場變動的需求。
 
　　
　　安森美垂直整合供應鏈模式
　　
　　談到升級8英寸這一熱點話題時，Dr. Das也表示，目前安森美正在過渡中，依照市場需求而定。“我們會選擇對于我們和客戶而言都最具價值的平臺，能夠確保定價合理，供應充足。”雖然這與對手相比稍顯保守，但卻是如今市場環(huán)境下面的最佳選擇。Dr. Das補充道，“我們的工廠主要圍繞做棕地的擴建，這樣僅需要少量投資就可以擁有碳化硅的產能，并且通過全球布局靈活分配晶圓廠的利用率。”
　　
　　安森美在Fab-Right的策略下，為每個晶圓廠分配了具體的產能及優(yōu)化，實現(xiàn)了精益化的運營。“相比綠地投資，可以減少40%的資本支出量。”
　　
　　平面還是溝槽之爭
　　
　　平面和溝槽之爭是目前碳化硅的兩種技術路線，二者選擇之爭從來沒有斷過。
　　
　　Dr. Das也給出了詳細解釋，首先對于MOSFET結構而言，平面的最大優(yōu)點是柵極氧化層的可靠性高，柵極氧化層是MOSFET里面最薄弱的一環(huán)，當時針對這一技術的研發(fā)就超過了40年，截至目前實際應用超過了15年，也充分證明了平面結構的可靠性。
　　
　　Dr. Das還指出目前大熱的溝槽結構的不足，盡管溝槽結構可以顯著降低芯片尺寸，但目前溝槽結構的利用率只能達到50%，主要原因是柵極氧化層必須要做好保護，因為一旦柵極氧化層暴露在磁場、電場中的話，會降低使命壽命導致失效。具體而言，由于材料的不同，碳化硅溝槽型結構并不能完全復制硅。硅的電場強度只有200-300kV/cm水平，而碳化硅的峰值電場將達到3000kV/cm。在平面結構中，柵極氧化物處于低電場區(qū)，而當柵極氧化物位于溝槽器件時，會受到高電場影響，很難對其進行有效保護。
　　
　　另外，試想一下在溝槽型結構中，晶體結構是硅、碳、硅、碳的形式，這種形式的氧化相比較平面層而言，復雜很多。
　　
　　也正因此，Dr. Das表示溝槽碳化硅技術經常出現(xiàn)延誤，就是因為氧化物和現(xiàn)有的硅基溝槽技術完全不同，所有的制造性、可靠性、性能等都需要重新驗證。
 
　　
　　目前溝槽結構的利用率只能達到50%
　　
　　“對于安森美而言，我們一定要確保大量時間進行積累和驗證，以確保技術的成熟度以及足夠的性能和性價比優(yōu)勢，才會過渡到溝槽型結構。”Dr. Das表示。
　　
　　Dr. Das表示，安森美最新推出的M3e將會是最后一款平面結構的碳化硅MOSFET，安森美已經制定了詳細的路線圖，要轉向溝槽技術。“M3e已經是平面MOSFET的極限，如果要進一步提升，只能采用溝槽技術。”
　　
　　最后一代平面架構的M3e
　　
　　作為最后一代，也將是最經典的M3e，究竟發(fā)揮出硅的多少極限能力？Dr. Das給出了詳細解讀。
　　
　　EliteSiC M3e MOSFET 在可靠且經過實際驗證的平面架構上顯著降低了導通損耗和開關損耗。與前幾代產品相比，該平臺能夠將導通損耗降低 30%，并將關斷損耗降低多達 50%[ 基于內部與EliteSiC M3T MOSFET的對比測試]。通過延長碳化硅平面 MOSFET 的壽命并利用 EliteSiC M3e 技術實現(xiàn)出色的性能，安森美可以確保該平臺的堅固性和穩(wěn)定性，使其成為關鍵電氣化應用的首選技術。
　　
　　Dr. Das特別表示，M3e的晶胞結構是經過優(yōu)化的，降低了開關導通損耗和開關損耗，同時縮小了體積。
　　
　　終端客戶不僅要性能高，還要成本低，可靠性還要強，更重要的是需要在系統(tǒng)中表現(xiàn)出最佳性能。Dr. Das強調，M3e無論是在軟開關、硬開關以及高頻低頻不同場景中，都具有最佳表現(xiàn)。
　　
　　比如牽引逆變器，導通損耗占比80%左右，開關損耗只有20%，因此在這種硬開關的拓普中，需要更多考慮導通損耗，其FOM為Qgd×Rds，其中Qgd代表了柵極到漏極的切換速度，Rds為導通電阻。
　　
　　在車載充電器應用中，PFC功率因數(shù)校正電路是圖騰柱拓撲，雖然也屬于硬開關，但是頻率約100Khz，遠超牽引逆變器的10kHz，因此此種情況下導通和開關損耗均為50%。在后端DC-DC轉換中，使用的是軟開關拓撲，沒有所謂的開關損耗，只需要關注導通損耗。另外由于開關頻率較高，柵極驅動器的損耗也是一個重要的考慮點。
　　
　　Dr. Das表示，M3e在各類應用中的FOM都具有最佳表現(xiàn)。“在所有新產品和新技術的研發(fā)過程當中，我們都去跟蹤和參考相關因素，確保能夠在應用中處于最佳水平，這樣才能得到有效的使用。”
　　
　　從系統(tǒng)角度理解優(yōu)化
　　
　　Dr. Das強調了解決方案在系統(tǒng)中的重要性，除了裸片本身實現(xiàn)千瓦成本和效率最佳之外，包括封裝也非常有價值，可以確保在系統(tǒng)層面的實施過程中不需要添加額外的成本，同時確保性能的優(yōu)化。
　　
　　“對安森美來說，我們有非常強大的產品組合，不僅是組件方面的優(yōu)化，而是系統(tǒng)層面的優(yōu)化，通過安森美的柵極驅動器、控制器等產品組合，確保組件之間協(xié)同工作，為客戶和行業(yè)創(chuàng)造最佳實踐，以及具有成本效益的系統(tǒng)。”Dr. Das說道。。
　　
　　Dr. Das所在的部門是電源方案事業(yè)群，控制器等屬于模擬與混合信號事業(yè)群，通過跨部門間的合作，為客戶交付開箱即用、經過優(yōu)化的系統(tǒng)，從而加速客戶的開發(fā)周期。
　　
　　比如安森美最新推出的F5PB PIM模塊，集成了1050V FS7 IGBT和1200V D3 EliteSiC二極管，實現(xiàn)高電壓和大電流轉換的同時降低功耗并提高可靠性。通過優(yōu)化內部的電氣連接，降低了電感，從而能夠幫助獲得更好的更低的開關損耗。
　　
　　寫在最后
　　
　　Dr. Das指出，三十年前，碳化硅有很多問題沒有解決，也正因此各大頂級院校都建立了相關實驗室，慶幸的是三十年后，問題都一一解決，并且真正從實驗室走向了市場，并成為一項主流技術。
　　
　　“那會碳化硅晶圓只有我的指甲一樣大小，但是現(xiàn)在已經有8英寸的晶圓了，成本已經可以被大眾接受，這也是技術為社會帶來進步的表現(xiàn)。”Dr. Das說道。
　　
　　他表示，碳化硅是獨一無二的，碳，也是金剛石的基本構成元素，其是目前已知的功率半導體當中品質因數(shù)最好的材料，而硅則擁有業(yè)界最佳的可制造性，二者組合，是品質和性價比的完美結合。
　　
　　“我非常有幸見證了碳化硅改變世界的過程。”Dr. Das總結道。實際上不光在汽車領域，碳化硅成功已延伸至工業(yè)市場，隨著商用供暖、通風和空調等新興大眾市場應用的出現(xiàn)，需求已超出能源基礎設施的范圍。1200 伏碳化硅和 HVAC 應用的使用可實現(xiàn)更高效、更可靠、更緊湊的系統(tǒng)，最終降低能耗、降低電磁干擾和運營成本。另外，隨著AI的興起，數(shù)據(jù)中心電力消耗越來越大，碳化硅也正在進入這一領域，以降低數(shù)據(jù)中心的功耗。
　　
　　?點個星標，茫茫人海也能一眼看到我?