英飞凌CoolSiC™ MOSFET：实现性能与可靠性的完美平衡

在当今快速发展的光伏、充电和电动汽车行业中，碳化硅（SiC）功率半导体的应用日益广泛。尽管其潜力巨大，但如何在高功率SiC MOSFET中达到性能、鲁棒性、可靠性和易用性的最佳平衡仍是一大挑战。比导通电阻是衡量SiC MOSFET技术先进性的关键参数，然而，诸如可靠性等其他标准同样不可忽视。英飞凌通过其CoolSiC™产品系列展示了如何克服这些难题，为市场提供了兼具高性能与高可靠性的解决方案。

高可靠性设计：超越IGBT的故障率

长久以来，人们普遍认为SiC器件在可靠性方面不如传统的硅基IGBT。然而，根据英飞凌对其售出的2300万片CoolSiC™ MOSFET芯片的调研数据，事实证明这一观点并不成立。实际上，无论是分立器件还是模块，CoolSiC™产品的每百万分之一故障率（FIT）均低于成熟的硅IGBT。这主要归功于栅极氧化层可靠性和宇宙射线故障率的有效管理。

栅氧化层厚度：性能与可靠性的桥梁

SiC MOSFET的核心结构分为平面型(planar)和沟槽型(trench)两种。尽管业界通常认为沟槽栅型器件在可靠性上更具挑战性，但英飞凌采用了一种独特的策略来解决这一问题。具体来说，栅氧化层作为连接栅极与硅片之间的薄层，对SiC MOSFET的阈值电压、导通电阻、栅极电压范围及整体可靠性至关重要。

研究发现，英飞凌SiC MOSFET的栅氧化层厚度接近硅基IGBT，显著厚于其他供应商的产品。这种较厚的栅氧化层不仅有助于提升SiC MOSFET的可靠性，同时仅需牺牲少量的导通电阻即可获得大幅提高的稳定性。不论是平面型DMOS还是沟槽型TMOS，都遵循了这一权衡曲线。

严格的筛选过程确保长期可靠性

为了进一步保证器件的长期可靠性，英飞凌在其生产流程中引入了严格的筛选机制。通过对栅极施加较高的电压，可以有效识别并剔除含有缺陷的芯片，从而确保交付给客户的每一颗CoolSiC™ MOSFET都能提供卓越的性能和可靠性。此外，由于SiC材料上的二氧化硅层相比硅基材料存在更多缺陷，英飞凌团队特别关注栅氧化层的厚度选择，以最大限度减少潜在的失效风险。

沟槽栅的优势：更高的电子迁移率

不同于平面型SiC MOSFET倾向于使用较高的栅极驱动电压或非常薄的栅氧化层，沟槽型设计允许采用更厚的栅氧化层，同时保持较低的沟道电阻。这是因为垂直晶面上形成的SiC-SiO2界面具有更低的状态密度与氧化层陷阱，使得沟道电阻显著降低。因此，即使采用较厚的栅氧化层，沟槽型SiC MOSFET也能展现出优异的性能表现。

结语

自1990年代开始探索碳化硅技术以来，英飞凌始终致力于开发既能满足市场需求又能超越传统硅技术可靠性的创新产品。通过专注于沟槽栅结构的设计，并结合先进的工艺技术，英飞凌成功地将高可靠性融入到CoolSiC™ MOSFET的设计之中。这一战略决策不仅提升了器件的整体性能，同时也显著降低了故障率，为客户带来了前所未有的价值体验。随着技术的不断进步，我们有理由相信，未来的SiC功率半导体将在更多领域展现其无限潜力。