半導體產業網訊：9月27日，成都蓉矽半導體有限公司（下稱“蓉矽半導體”）舉行線上新品發布會，發布了第一代碳化硅NovuSiC® MOSFET G1，預告了第二代G2量產日程。蓉矽半導體副總經理高巍博士聚焦產品性能作了“厚積薄發、創新不止”主題報告，詳細介紹了碳化硅MOSFET的開發歷程、設計理念和獨特優勢，應用工程師王德強則圍繞產品應用展示了應用領域、應用場景和解決方案，體現了蓉矽半導體自主研發的實力和逐鹿車載芯片市場的決心。
蓉矽半導體，致力闖出一條新路的新銳企業
20世紀50年代，世界半導體產業起步；70年代末以來，平面型、溝槽型功率MOSFET和IGBT相繼面世。隨著社會電氣化水平的不斷提高，功率MOSFET經歷了工藝進步、技術提升和材料迭代的演進過程。而碳化硅在材料制備上的重大突破極大推動了碳化硅器件的商業化進程。
碳化硅作為第三代半導體材料，具有較寬的禁帶寬度、高擊穿電場強度、高熱傳導率和高電子飽和速率的優異物理性能，使得SiC功率半導體器件具備了耐高壓、耐高溫、開關速度快、損耗低等顯著優勢，可有效縮小電路板空間、降低系統成本、減少能源損耗，實現功率密度和系統效率等性能的大幅提升。對國內市場而言，SiC MOSFET因其技術、工藝復雜性高，主要依賴進口，加之新能源汽車、工控電源、光伏逆變等對新技術的應用及需求迅速增加，國產化空間十分廣闊。
蓉矽半導體成立于2019年12月，是四川省首家專注于寬禁帶半導體碳化硅功率器件設計與開發的高新技術企業。歷經900多天的研發、打磨，深耕細作、厚積薄發，繼2022年6月底，發布其自主開發碳化硅NovuSiC® EJBS®二極管系列產品之后，于本次發布會推出NovuSiC®1200V/75mΩ MOSFET G1產品。
NovuSiC 1200V/75mΩ MOSFET
兼具高性價比與高可靠性的SiC產品
NovuSiC®1200V/75mΩ MOSFET在大幅度降低靜態損耗的同時減小動態損耗，可以提高系統整體功率密度，降低系統總成本，在新能源汽車、直流充電樁、光伏系統等領域表現亮眼。
蓉矽半導體在SiC MOSFET開發過程中，從應用場景出發，堅持電學性能、魯棒性與可靠性各項均衡、優化的理念。即兼顧比導通電阻和柵氧化層電場的同時，通過采用更低柵壓驅動，優化柵氧工藝、柵氧化層電場強度，降低結終端的曲率效應等舉措來提高器件的魯棒性和長期可靠性。
在電學性能與魯棒性方面，NovuSiC® 1200V/75mΩ MOSFET在 VGS=16V時，可實現75mΩ的導通電阻；VGS=18V時，比導通電阻為4.17，在國內市場中位居前列。1200V耐壓時，JFET區柵氧化層電場強度遠小于常規4.0MV/cm的限制，在VDD=800V條件下，短路耐受時間＞3μs。NovuSiC®1200V/75mΩ MOSFET在提高溝道密度的同時降低了JFET區的有效面積，并透過降低Cgd對動態特性進行了優化；柵極電荷與國際競品近似，優值高于業界平均水平，且從G2開始（1Q’23）將會達到現今國際最先進技術標準。體現了蓉矽半導體對創新和品質的極致追求。
表1. NovuSiC?1200V/75mΩ MOSFET G1關鍵參數
圖1：蓉矽半導體NovuSiC®1200V/75mΩ MOSFET導通特性
圖2：蓉矽半導體NovuSiC®1200V/75mΩ MOSFET短路魯棒性
圖3：不同廠商柵電荷和優值對比
可靠性方面，針對FN隧穿、陷阱輔助隧穿以及外部缺陷造成的柵氧化層退化、失效等風險，蓉矽半導體提出“控制柵氧化層電場、提高柵氧化層質量/篩除柵氧化層缺陷”策略對其進行針對性優化，進一步提高了柵氧化層可靠性。
一、平面SiC MOSFET中，柵氧化層高電場主要集中在溝道位置與JEFT區柵氧中心位置。
1)針對溝道位置處電場：通過采用更低的工作柵壓，保障柵氧化層的長期可靠性；
2) 針對JEFT區柵氧中心：設計之初就將額定阻斷電壓1200V時的柵氧化層電場強度限制在較低水平，遠低于常規4.0MV/cm的限制，以削弱其電場強度。
二、晶圓測試階段引入WLTBI（Wafer-Level Test & Burn-In）以篩除柵氧化層于產品生命周期中的潛在退化/失效。
圖4：蓉矽半導體的可靠性保障策略
高巍博士除了對蓉矽半導體的第一代NovuSiC?1200V/75mΩ MOSFET G1進行了詳細介紹外，還預告了G2產品的開發進度及其性能優勢。
NovuSiC®MOSFET G2基于更先進的工藝制程與更優異的設計，大幅提升動靜態性能。其中，比導通電阻Ron,sp可降低24%，柵電荷Qg下降25%，具有高效率、高開關頻率、高功率密度的性能優勢。
表2. NovuSiC®MOSFET G2關鍵參數
滿足新能源汽車應用需求，推動我國汽車電動化轉型發展
在新能源汽車、充電樁、電驅控制等領域，碳化硅功率器件可提升整車效率，增加續航里程，是應用的主流趨勢。加之中國擁有全球最大的市場規模，行業需求旺盛。蓉矽半導體根據不同的應用場景推出了高性價比的NovuSiC®系列產品和高可靠性的DuraSiC®系列產品，其中DuraSiC®系列產品主要應用于OBC和車載DC-DC中。
圖5：OBC 800V電池平臺系統
當前，隨著快充和雙向充放電需求的持續增長，OBC輸入電壓提升至380VAC、電池電壓提升至800V，采用1200V碳化硅器件可簡化系統拓撲，滿足高壓應用需求。主拓撲主要采用全碳化硅MOSFET的三相全橋PFC和雙向諧振DC-DC拓撲，以實現雙向充放電功能，功率提升至11kW以上，可降低損耗50%以上并同時減小磁性器件體積70%以上，提升峰值效率達97%以上。
在直流充電樁領域，高壓化、智能化、多元化發展趨勢明顯。在直流充電模塊主拓撲方面，蓉矽NovuSiC®方案有著DC-DC系統簡單、控制方便、開關損耗低、效率提升明顯等諸多優勢，可釋放更多控制資源。
在10kW光伏逆變器應用中，相較硅基IGBT方案，采用蓉矽碳化硅NovuSiC?方案后，可實現20kHz開關頻率下，降低總損耗50%，提升效率2%；或在總損耗相同的情況下，將開關頻率提升1倍，減小系統體積60%以上。
為了方便客戶在產品開發前期評估方案可行性，蓉矽半導體特別開發出了“eval-MAIN”評估板，以提供給客戶進行單雙脈沖測試，評估開關管動態性能。
圖6：蓉矽SiCMOSFET驅動評估板實物圖
該評估板由母板和靈活驅動子板組成，有電容隔離技術和磁隔離技術兩種方案，此評估板適用于TO247-3和TO247-4封裝的碳化硅MOSFET，可兼容多款驅動芯片進行測試評估。
表3：驅動評估板主要參數
