Die Entwicklungsgeschwindigkeit von SiC in den letzten Jahren hat fast alle Erwartungen übertroffen. In den letzten Jahren haben SiC MOSFET-Geräte mit den Bemühungen verschiedener SiC-Hersteller erhebliche Verbesserungen erzielt, und Herstellungsmethoden und Fehlerscreening haben auch gewisse Fortschritte gemacht. Die Kommerzialisierung und der Transport von SiC haben sich deutlich beschleunigt.http://www.ic-bom.com/

Seit jeher gab es zwei verschiedene Arten von Strukturen, Planar Gate und Nut Gate, in der Debatte um den technischen Weg von SiC MOSFETs. Das sogenannte Grabenraster kann leicht als "Grube graben" auf einem flachen Fundament verstanden werden (wie im Vergleich des schematischen Diagramms in der folgenden Abbildung deutlich zu sehen ist). Internationale SiC-Hersteller nutzen Grabengitter, um das Potenzial von SiC zu maximieren. Einige Hersteller graben eine Grube, einige graben zwei Gruben, andere graben diagonal. Verschiedene technische Strukturen entstehen nacheinander, und es gibt auch viele Highlights.

Bevor wir SiC MOSFETs diskutieren, wollen wir zuerst die Entwicklungsgeschichte von siliziumbasierten MOSFETs Revue passieren. In den 1970er und 1980er Jahren waren die meisten Silizium-MOSFETs, die für den Hochleistungseinsatz verwendet wurden, vertikale leitfähige Pfade und planare Torstrukturen. Heutzutage hat der Einsatz von Nutstrukturen in SiC MOSFETs aufgrund seiner Fähigkeit, den Leitungswiderstand zu reduzieren, viel Aufmerksamkeit erregt. Sollen SiC MOSFETs also Planar Gate oder Graben Gate wählen?

Die planare Torstruktur ist die früheste, am weitesten verbreitete und zuverlässigste Architektur in der Industrie. Der planare SiC MOSFET wurde im 2011 auf den Markt gebracht. CMF20120D wurde damals von Cree eingeführt. Durch die Reduzierung der Chipgröße und damit die Erhöhung der Produktionskapazität begrenzt die horizontale Topologie jedoch das Ausmaß, in dem sie letztlich schrumpfen kann.http://www.ic-bom.com/

Rillte Torstruktur ist eine verbesserte Technik, die sich auf die Bildung von MOSFET-Toren an den Seitenwänden von Nuten bezieht, die auf der Spanoberfläche gebildet werden. Der charakteristische Widerstand des Nutgates ist kleiner als der des Flugzeuggates. Verglichen mit dem ebenen Tor beseitigt Nutgates MOSFET die JFET-Region, so gibt es keinen JFET-Widerstand und einen weniger Widerstand. Einer der Zwecke der Wende an Grabengitter ist es, einen geringeren spezifischen Einschaltwiderstand (Ronsp, Widerstand x Bereich) zu erreichen, der es Spanherstellern ermöglicht, die Größe von blanken Spänen zu reduzieren, weniger SiC-Rohstoffe zu verwenden und somit die Produktion zu erhöhen.

In der Theorie können Nuttore Geräteparameter, Zuverlässigkeit und Lebensdauer erheblich verbessern. Aber ihre Schwierigkeiten sind auch sehr offensichtlich. Für Nut-MOSFETs ist es schwierig, einen zuverlässigen und stabilen Betrieb zu erreichen. Das Design des Grabentors muss das Problem der Maximierung des hohen elektrischen Feldes (größer als 9-mal Si) des SiC an der Oberseite des Geräts adressieren, während das Präzisions-Gate-Oxid an der gleichen Oberseite des Geräts vor dem Einfluss des gleichen elektrischen Feldes geschützt wird. Dieses Ausgleichsverhalten erfordert ein cleveres und komplexes Gerätelayout, ansonsten erfordert die Driftzone eine starke Derating, wodurch der Gewinn der Grabenarchitektur erodiert wird. Ein Nachteil von gerillten MOSFETs ist daher, dass ihr Design komplexer ist, in der Regel mehr Fertigungsschritte erfordert und eine höhere Prozesskomplexität erfordert. Und auch hinsichtlich der Zuverlässigkeit gibt es gewisse Risiken.

Zu diesem Zweck nutzen SiC-Chip-Lieferanten, insbesondere internationale Hersteller, ihre jeweiligen Fähigkeiten, um SiC-Nut-MOSFETs zu erforschen.

Aus den Aktionen verschiedener Hersteller scheint es, dass die Gerätestruktur von SiC MOSFETs auf den Weg von IGBT zurückkehrt, und die Bewegung in Richtung Nuttyp ist der einzige Weg für SiC MOSFETs. Die meisten heimischen SiC-MOSFET-Hersteller setzen hauptsächlich auf planare Tore. Derzeit sind planare SiC MOSFETs immer noch der Mainstream und der Hauptentwicklungspfad für heimische Hersteller.

Wie John Palmour, Mitbegründer von Wolfspeed, in einem Interview-Artikel der deutschen Medien Elektroniknet sagte, sind die technologischen Vorteile von Planar Gate SiC MOSFETs noch lange nicht ausgeschöpft.http://www.ic-bom.com/

Der SiC MOSFET-Lieferant Painjie ist einer der Pioniere im heimischen SiC-Bereich. Zuvor erwähnte Dr. Huang Xing, der Gründer von Painjie, auch, dass SiC-Materialien sich von siliziumbasierten Materialien unterscheiden. Aufgrund der hervorragenden Leistung von Siliziumkarbid kann Laserätzen die Tonhöhe unendlich reduzieren und dadurch eine bessere HDFM-Effizienz erzielen. Daher ist es nicht notwendig, Rillen wie Silizium-basierte Chips zu graben, um die Tonhöhe zu verkleinern. In den kommenden Jahren wird die planare MOSFET-Technologie weiterhin der Mainstream der Automobil-Siliziumkarbid-MOSFETs sein. Basierend auf einer planaren Gate-Struktur hat Painjie SiC-MOSFETs für verschiedene Spannungsplattformen zwischen 650V und 1700V veröffentlicht und erfolgreich an führende neue Energieunternehmen geliefert und "on board" erreicht.

Wann heimische SiC-Hersteller künftig "Gräben graben" werden, ist noch nicht klar. Aber auch wenn wir uns in Richtung Nuttorstrukturen bewegen wollen, ist es für heimische Hersteller nicht einfach. Wie bereits erwähnt, ist die Konstruktion von Nuttoren extrem schwierig, und es gibt auch hohe Anforderungen an Fertigungsprozesse. Internationale große Fabriken verwenden oft das IDM-Modell, das ein kontinuierliches Experimentieren zwischen Herstellung und eigenem Design ermöglicht. Inländische Hersteller verwenden im Allgemeinen FablessMOS, und es kann einige Zeit dauern, in den Nuttyp zu treten.

Darüber hinaus sind die hohen Patentbarrieren von Nutstrukturen auch Hindernisse, die inländische Hersteller überwinden müssen. Internationale SiC-Giganten sind seit vielen Jahren im SiC-MOSFET-Bereich tätig und haben auch viele Patente angesammelt. Daher wird von erfahrenen SiC-Herstellern mit Schlüsselpatenten erwartet, dass sie sich langfristig einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt verschaffen. Die folgende Abbildung zeigt die Situation der SiC-Patentinhaber nach Yoles Statistiken. Obwohl sich viele Unternehmen auf den Aufbau vertikal integrierter Lieferketten konzentrieren, um die langfristige Entwicklung ihres SiC-Geschäfts sicherzustellen, haben nur wenige Unternehmen ein starkes Patentportfolio entlang der gesamten SiC-Wertschöpfungskette entwickelt, und inländische SiC-Hersteller haben immer noch großen Entwicklungsraum.