【ZiDongHua 之汽車產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)珍涥P(guān)鍵詞：安森美 碳化硅 MOSFET SiC 】
　　
　　平面還是溝槽？聽(tīng)聽(tīng)安森美碳化硅專家怎么說(shuō)
　　
　　本文轉(zhuǎn)載自EEWorld。
　　
　　“中國(guó)是全球最大、增長(zhǎng)最快的純電動(dòng)汽車市場(chǎng)，中國(guó) OEM 正在采用安森美的碳化硅解決方案，因?yàn)槲覀兊男酒湍K（例如我們剛剛發(fā)布的 M3e）具有市場(chǎng)領(lǐng)先的效率。”安森美(onsemi)CEO Hassane在一次電話會(huì)上表示。
　　
　　實(shí)際上，安森美碳化硅的成長(zhǎng)已經(jīng)得到了普遍證實(shí)。Yole Intelligence高級(jí)分析師Poshun Chiu在2023年的一篇報(bào)告中指出，主要的 IDM 都在利用快速增長(zhǎng)的功率碳化硅器件市場(chǎng)（該市場(chǎng)規(guī)模較 2022 年第一季度增長(zhǎng)了一倍），但安森美半導(dǎo)體的增長(zhǎng)率超過(guò)了同行，包括市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者意法半導(dǎo)體。
　　
　　隨著市場(chǎng)對(duì)高效、綠色產(chǎn)品的熱衷，以電動(dòng)汽車為代表的新一代消費(fèi)火熱，也使得碳化硅越來(lái)越成為市場(chǎng)炙手可熱的賣點(diǎn)。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(mén)話題與公司領(lǐng)導(dǎo)層進(jìn)行探討。
　　
　　日前，安森美電源方案事業(yè)群資深產(chǎn)品專家Dr. Das來(lái)華，與眾媒體探討了關(guān)于安森美與碳化硅的未來(lái)，我們也從談話中得到了不少信息，一起來(lái)一探其成功的秘密。
 
　　
　　安森美電源方案事業(yè)群資深產(chǎn)品專家Dr. Das
　　
　　Dr. Das對(duì)中國(guó)并不陌生，2020 - 2022其在三安光電擔(dān)任技術(shù)營(yíng)銷和市場(chǎng)總監(jiān)。1994年，Dr. Das進(jìn)入普渡大學(xué)，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(gè)年頭。
　　
　　垂直整合與Fab Rignt
　　
　　地域和市場(chǎng)多元化戰(zhàn)略，是安森美碳化硅得以迅速增長(zhǎng)的首要原因，即便在市場(chǎng)增長(zhǎng)趨緩之時(shí)，安森美“仍有望在 2024 年實(shí)現(xiàn)超過(guò)碳化硅市場(chǎng) 2 倍的增長(zhǎng)。”
　　
　　無(wú)論是Hassane還是Dr. Das，都在不同場(chǎng)合反復(fù)提到安森美的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)力，就是擁有完整的垂直整合能力。自收購(gòu)GTAT以來(lái)，安森美碳化硅的大部分襯底都是內(nèi)部制造，這種IDM模式，也使得產(chǎn)品無(wú)論是質(zhì)量還是供應(yīng)上都得到了保證。
　　
　　不過(guò)Dr. Das也強(qiáng)調(diào)，安森美從來(lái)就是采用靈活的供應(yīng)模式，比如襯底，也會(huì)保留第三方，以便靈活滿足市場(chǎng)變動(dòng)的需求。
 
　　
　　安森美垂直整合供應(yīng)鏈模式
　　
　　談到升級(jí)8英寸這一熱點(diǎn)話題時(shí)，Dr. Das也表示，目前安森美正在過(guò)渡中，依照市場(chǎng)需求而定。“我們會(huì)選擇對(duì)于我們和客戶而言都最具價(jià)值的平臺(tái)，能夠確保定價(jià)合理，供應(yīng)充足。”雖然這與對(duì)手相比稍顯保守，但卻是如今市場(chǎng)環(huán)境下面的最佳選擇。Dr. Das補(bǔ)充道，“我們的工廠主要圍繞做棕地的擴(kuò)建，這樣僅需要少量投資就可以擁有碳化硅的產(chǎn)能，并且通過(guò)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(gè)晶圓廠分配了具體的產(chǎn)能及優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了精益化的運(yùn)營(yíng)。“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(zhēng)
　　
　　平面和溝槽之爭(zhēng)是目前碳化硅的兩種技術(shù)路線，二者選擇之爭(zhēng)從來(lái)沒(méi)有斷過(guò)。
　　
　　Dr. Das也給出了詳細(xì)解釋，首先對(duì)于MOSFET結(jié)構(gòu)而言，平面的最大優(yōu)點(diǎn)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(dāng)時(shí)針對(duì)這一技術(shù)的研發(fā)就超過(guò)了40年，截至目前實(shí)際應(yīng)用超過(guò)了15年，也充分證明了平面結(jié)構(gòu)的可靠性。
　　
　　Dr. Das還指出目前大熱的溝槽結(jié)構(gòu)的不足，盡管溝槽結(jié)構(gòu)可以顯著降低芯片尺寸，但目前溝槽結(jié)構(gòu)的利用率只能達(dá)到50%，主要原因是柵極氧化層必須要做好保護(hù)，因?yàn)橐坏〇艠O氧化層暴露在磁場(chǎng)、電場(chǎng)中的話，會(huì)降低使命壽命導(dǎo)致失效。具體而言，由于材料的不同，碳化硅溝槽型結(jié)構(gòu)并不能完全復(fù)制硅。硅的電場(chǎng)強(qiáng)度只有200-300kV/cm水平，而碳化硅的峰值電場(chǎng)將達(dá)到3000kV/cm。在平面結(jié)構(gòu)中，柵極氧化物處于低電場(chǎng)區(qū)，而當(dāng)柵極氧化物位于溝槽器件時(shí)，會(huì)受到高電場(chǎng)影響，很難對(duì)其進(jìn)行有效保護(hù)。
　　
　　另外，試想一下在溝槽型結(jié)構(gòu)中，晶體結(jié)構(gòu)是硅、碳、硅、碳的形式，這種形式的氧化相比較平面層而言，復(fù)雜很多。
　　
　　也正因此，Dr. Das表示溝槽碳化硅技術(shù)經(jīng)常出現(xiàn)延誤，就是因?yàn)檠趸锖同F(xiàn)有的硅基溝槽技術(shù)完全不同，所有的制造性、可靠性、性能等都需要重新驗(yàn)證。
 
　　
　　目前溝槽結(jié)構(gòu)的利用率只能達(dá)到50%
　　
　　“對(duì)于安森美而言，我們一定要確保大量時(shí)間進(jìn)行積累和驗(yàn)證，以確保技術(shù)的成熟度以及足夠的性能和性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，才會(huì)過(guò)渡到溝槽型結(jié)構(gòu)。”Dr. Das表示。
　　
　　Dr. Das表示，安森美最新推出的M3e將會(huì)是最后一款平面結(jié)構(gòu)的碳化硅MOSFET，安森美已經(jīng)制定了詳細(xì)的路線圖，要轉(zhuǎn)向溝槽技術(shù)。“M3e已經(jīng)是平面MOSFET的極限，如果要進(jìn)一步提升，只能采用溝槽技術(shù)。”
　　
　　最后一代平面架構(gòu)的M3e
　　
　　作為最后一代，也將是最經(jīng)典的M3e，究竟發(fā)揮出硅的多少極限能力？Dr. Das給出了詳細(xì)解讀。
　　
　　EliteSiC M3e MOSFET 在可靠且經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證的平面架構(gòu)上顯著降低了導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗。與前幾代產(chǎn)品相比，該平臺(tái)能夠?qū)?dǎo)通損耗降低 30%，并將關(guān)斷損耗降低多達(dá) 50%[ 基于內(nèi)部與EliteSiC M3T MOSFET的對(duì)比測(cè)試]。通過(guò)延長(zhǎng)碳化硅平面 MOSFET 的壽命并利用 EliteSiC M3e 技術(shù)實(shí)現(xiàn)出色的性能，安森美可以確保該平臺(tái)的堅(jiān)固性和穩(wěn)定性，使其成為關(guān)鍵電氣化應(yīng)用的首選技術(shù)。
　　
　　Dr. Das特別表示，M3e的晶胞結(jié)構(gòu)是經(jīng)過(guò)優(yōu)化的，降低了開(kāi)關(guān)導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)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(qiáng)，更重要的是需要在系統(tǒng)中表現(xiàn)出最佳性能。Dr. Das強(qiáng)調(diào)，M3e無(wú)論是在軟開(kāi)關(guān)、硬開(kāi)關(guān)以及高頻低頻不同場(chǎng)景中，都具有最佳表現(xiàn)。
　　
　　比如牽引逆變器，導(dǎo)通損耗占比80%左右，開(kāi)關(guān)損耗只有20%，因此在這種硬開(kāi)關(guān)的拓普中，需要更多考慮導(dǎo)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(dǎo)通電阻。
　　
　　在車載充電器應(yīng)用中，PFC功率因數(shù)校正電路是圖騰柱拓?fù)?，雖然也屬于硬開(kāi)關(guān)，但是頻率約100Khz，遠(yuǎn)超牽引逆變器的10kHz，因此此種情況下導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗均為50%。在后端DC-DC轉(zhuǎn)換中，使用的是軟開(kāi)關(guān)拓?fù)洌瑳](méi)有所謂的開(kāi)關(guān)損耗，只需要關(guān)注導(dǎo)通損耗。另外由于開(kāi)關(guān)頻率較高，柵極驅(qū)動(dòng)器的損耗也是一個(gè)重要的考慮點(diǎn)。
　　
　　Dr. Das表示，M3e在各類應(yīng)用中的FOM都具有最佳表現(xiàn)。“在所有新產(chǎn)品和新技術(shù)的研發(fā)過(guò)程當(dāng)中，我們都去跟蹤和參考相關(guān)因素，確保能夠在應(yīng)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(qiáng)調(diào)了解決方案在系統(tǒng)中的重要性，除了裸片本身實(shí)現(xiàn)千瓦成本和效率最佳之外，包括封裝也非常有價(jià)值，可以確保在系統(tǒng)層面的實(shí)施過(guò)程中不需要添加額外的成本，同時(shí)確保性能的優(yōu)化。
　　
　　“對(duì)安森美來(lái)說(shuō)，我們有非常強(qiáng)大的產(chǎn)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(guò)安森美的柵極驅(qū)動(dòng)器、控制器等產(chǎn)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(shí)踐，以及具有成本效益的系統(tǒng)。”Dr. Das說(shuō)道。。
　　
　　Dr. Das所在的部門(mén)是電源方案事業(yè)群，控制器等屬于模擬與混合信號(hào)事業(yè)群，通過(guò)跨部門(mén)間的合作，為客戶交付開(kāi)箱即用、經(jīng)過(guò)優(yōu)化的系統(tǒng)，從而加速客戶的開(kāi)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(shí)現(xiàn)高電壓和大電流轉(zhuǎn)換的同時(shí)降低功耗并提高可靠性。通過(guò)優(yōu)化內(nèi)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(kāi)關(guān)損耗。
　　
　　寫(xiě)在最后
　　
　　Dr. Das指出，三十年前，碳化硅有很多問(wèn)題沒(méi)有解決，也正因此各大頂級(jí)院校都建立了相關(guān)實(shí)驗(yàn)室，慶幸的是三十年后，問(wèn)題都一一解決，并且真正從實(shí)驗(yàn)室走向了市場(chǎng)，并成為一項(xiàng)主流技術(shù)。
　　
　　“那會(huì)碳化硅晶圓只有我的指甲一樣大小，但是現(xiàn)在已經(jīng)有8英寸的晶圓了，成本已經(jīng)可以被大眾接受，這也是技術(shù)為社會(huì)帶來(lái)進(jìn)步的表現(xiàn)。”Dr. Das說(shuō)道。
　　
　　他表示，碳化硅是獨(dú)一無(wú)二的，碳，也是金剛石的基本構(gòu)成元素，其是目前已知的功率半導(dǎo)體當(dāng)中品質(zhì)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(zhì)和性價(jià)比的完美結(jié)合。
　　
　　“我非常有幸見(jiàn)證了碳化硅改變世界的過(guò)程。”Dr. Das總結(jié)道。實(shí)際上不光在汽車領(lǐng)域，碳化硅成功已延伸至工業(yè)市場(chǎng)，隨著商用供暖、通風(fēng)和空調(diào)等新興大眾市場(chǎng)應(yīng)用的出現(xiàn)，需求已超出能源基礎(chǔ)設(shè)施的范圍。1200 伏碳化硅和 HVAC 應(yīng)用的使用可實(shí)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(yùn)營(yíng)成本。另外，隨著AI的興起，數(shù)據(jù)中心電力消耗越來(lái)越大，碳化硅也正在進(jìn)入這一領(lǐng)域，以降低數(shù)據(jù)中心的功耗。
　　
　　?點(diǎn)個(gè)星標(biāo)，茫茫人海也能一眼看到我?