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隨著國(guó)內(nèi)對(duì)碳化硅技術(shù)的日益重視和不斷加大的研發(fā)投入，國(guó)內(nèi)碳化硅MOSFET芯片設(shè)計(jì)的水平逐步提升，研究和應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展。近日，“2023功率與光電半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)及集成應(yīng)用論壇”于西安召開(kāi)。論壇由第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）指導(dǎo)，西安交通大學(xué)、極智半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)（www.casmita.com）、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主辦，西安電子科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟人才發(fā)展委員會(huì)、全國(guó)半導(dǎo)體應(yīng)用產(chǎn)教融合（東莞）職業(yè)教育集團(tuán)聯(lián)合組織、西安和其光電股份有限公司等單位協(xié)辦。

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期間，“平行論壇1：功率半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)及集成應(yīng)用”上，深圳市森國(guó)科科技股份有限公司蘭華兵做了題為“碳化硅MOSFET芯片設(shè)計(jì)及發(fā)展趨勢(shì)”的主題報(bào)告。SiC器件具有優(yōu)異的特性，未來(lái)在高壓、高頻、大功率、環(huán)境惡劣的場(chǎng)景下將逐漸替代硅基功率器件。第三代半導(dǎo)體目前主流器件形式為碳化硅襯底-碳化硅外延功率器件，用以實(shí)現(xiàn)AC->AC(變壓器)、AC>DC(整流器)、DC->AC(逆變器)、DC->DC(升降壓變換器)，碳化硅器件更適合高壓和高可靠性情景，應(yīng)用在新能源汽車(chē)和工控等領(lǐng)域。

他認(rèn)為，SiC功率器件的未來(lái)，要提高器件的可靠性和效率。

可以從三個(gè)方面入手：

1、提高材料質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性：碳化硅功率器件生產(chǎn)過(guò)程中需要控制材料質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性，尤其是在制造高質(zhì)量晶體時(shí)。此外，還需要采用先進(jìn)的微細(xì)加工技術(shù)，提高器件的精度和一致性，從而提升器件的可靠性和效率。

2、 優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)：在碳化硅功率器件設(shè)計(jì)方面，需要考慮材料的特性和應(yīng)用場(chǎng)景的要求，選擇最優(yōu)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。同時(shí)，還需要通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化減少能量損失和熱效應(yīng)，優(yōu)化器件的電熱特性和穩(wěn)定性。

3、改進(jìn)封裝技術(shù)：碳化硅功率器件的封裝方式對(duì)器件的性能和可靠性影響很大。因此，需要優(yōu)化封裝材料和結(jié)構(gòu)，提高溫度承受能力和抗電氣應(yīng)力能力。此外，還需要采用先進(jìn)的封裝工藝，提高封裝可靠性和耐久性。

碳化硅功率器件的未來(lái)趨勢(shì)是朝著尺寸縮小的方向發(fā)展。

針對(duì)此趨勢(shì)，可以從以下方面進(jìn)行更深入的探討：

1. 更小的芯片尺寸。碳化硅器件尺寸的縮小，可以通過(guò)采用更先進(jìn)的制造工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)是在不增加器件大小的情況下提高芯片功率密度和效率。隨著尺寸的縮小，碳化硅器件的電路集成度不斷提高。高集成度的器件可以帶來(lái)更低的損耗和更小的體積，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)更高的性能。

2. 更高的工作溫度。碳化硅器件的尺寸縮小還可以降低器件的熱阻，使得器件能夠在更高的溫度下正常工作。這對(duì)于一些高溫工作條件下的應(yīng)用非常有益，例如航空航天、軍事和汽車(chē)行業(yè)等。

碳化硅功率器件隨著市場(chǎng)規(guī)模的快速增長(zhǎng)，降低成本是未來(lái)大趨勢(shì)，可以從以下方面進(jìn)行更深入的探討：更大尺寸的襯底，比如6寸到8寸；更高效的襯底長(zhǎng)晶效率，大幅度提升良率；更低損耗的水冷激光切割；更高效的外延生長(zhǎng)效率；進(jìn)一步擴(kuò)大晶圓代工的生產(chǎn)規(guī)模，以規(guī)模化降低生產(chǎn)成本。

在介紹新能源汽車(chē)應(yīng)用方面，Yole 預(yù)測(cè)預(yù)計(jì)到 2027 年，SiC 器件市場(chǎng)將從 2021 年的 10 億美元業(yè)務(wù)增長(zhǎng)到 60 億美元以上，主要包括新能源汽車(chē)、泛新能源市場(chǎng)。新能源汽車(chē)從400V平臺(tái)向800V平臺(tái)躍遷已是業(yè)內(nèi)共識(shí)，可使汽車(chē)電池在10分鐘內(nèi)充滿80%電量，解決“里程焦慮”和“充電焦慮”。SiC逆變器使得電源頻率增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，相同功率下轉(zhuǎn)矩減小，體積減小。800V 架構(gòu)時(shí)代來(lái)臨，SiC 在高壓下較 IGBT 性能優(yōu)勢(shì)更為明顯，損耗降低幅度更大。SiC 在新能源車(chē)主逆變器及 OBC 中滲透率將快速提升。至 2025 年全球新能源汽車(chē)消耗 SiC 襯底數(shù)量將達(dá)到 199.6 萬(wàn)片/年。

報(bào)告還分享了泛新能源、光伏逆變、儲(chǔ)能、充電樁等領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢(shì)。此外，報(bào)告結(jié)合當(dāng)前碳化硅材料及器件特性探討了最新技術(shù)進(jìn)展，報(bào)告指出，提高器件的可靠性和效率，器件尺寸縮小，降低成本是SiC 功率器件未來(lái)重要的發(fā)展方向。SiC功率器件及模塊在新能源汽車(chē)及泛新能源，風(fēng)光儲(chǔ)充的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)坡長(zhǎng)雪厚。

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審核編輯：劉清