PowerMasterSemiconductor(PMS)是一家韓國半導體器件公司，團隊在電力半導體行業(yè)擁有超過二十年的經(jīng)驗，他們專注于開發(fā)和生產(chǎn)先進的碳化硅(SiC)二極管和MOSFET，以及超結(SJ)MOSFET，今天來聊聊他們創(chuàng)新的eMOS E7和eSiC MOSFET技術。

eMOS E7超結技術提供了快速的開關性能，同時具有低開關噪音和過沖尖峰。這提高了系統(tǒng)的可靠性和出色的堅固性。

eMOS E7的強大雪崩能力適用于硬開關應用，而其強大的內(nèi)在體二極管性能在軟開關拓撲結構(如LLC諧振轉換器或ZVS相移全橋轉換器)中提高了系統(tǒng)的可靠性。因此，eMOS E7系列適用于需要優(yōu)越效率和更高功率密度的許多應用，如消費品、工業(yè)和汽車應用。

如今，電力轉換行業(yè)在汽車和工業(yè)應用中面臨諸多挑戰(zhàn)，如可再生能源、電機驅動、車載充電器(OBC)、電子壓縮機和牽引逆變器。此外，人工智能(AI)的快速發(fā)展推動了數(shù)據(jù)中心對能源的巨大需求?，F(xiàn)代服務器電源單元(PSU)旨在滿足80 Plus Titanium標準，要求在半負荷下超過96%的峰值效率。

PMS通過其eSiC MOSFET技術應對這些挑戰(zhàn)。eSiC MOSFET使創(chuàng)新的高性能PSU設計成為可能，進一步縮小了尺寸，同時解決了熱和電磁干擾問題。根據(jù)PMS的說法，eSiC MOSFET提供了出色的開關性能、并行操作的穩(wěn)定閾值電壓以及100%測試的雪崩能力。

隨著效率和功率密度變得越來越重要，SiC的價格繼續(xù)下降，SiC取代硅的速度將加快，SiC將在工業(yè)和汽車應用中發(fā)揮重要作用。

eSiC MOSFET技術的優(yōu)勢

eSiC Gen1技術旨在通過最小化動態(tài)COSS和開關損耗并提高硬開關和軟開關拓撲中的雪崩堅固性，實現(xiàn)整個負載范圍內(nèi)的高效率和可靠性。

如圖2所示，eSiC MOSFET相對于競爭對手的平面和溝槽SiC MOSFET的一個獨特優(yōu)勢是較低的電壓過沖，即使在更高的dv/dt下也能降低關斷開關損耗。

根據(jù)公司說法，將于今年發(fā)布的下一代eSiC MOSFET的品質因數(shù)(FOMs)預計將與最新競爭對手的SiC MOSFET相當或更優(yōu)。與Gen1 eSiC MOSFET相比，Gen2 eSiC MOSFET將FOMs(EOSSRDS(ON)和QOSSRDS(ON))提高了33%，QG*RDS(ON) FOMs提高了40%。Gen2 eSiC MOSFET的開關損耗相比Gen1 eSiC MOSFET改善了40%。

可靠性方面

為了確保SiC MOSFET能夠承受苛刻的環(huán)境并在長時間內(nèi)保持其性能，PMS正在進行動態(tài)HTGB(高溫柵偏)測試，以評估柵氧化層在高溫和電壓條件下的穩(wěn)定性。

體二極管測試有助于了解體二極管在重復開關和高電流情況下的行為和耐久性。相反，超過3000小時的正常偏置條件下進行的長期耐久性測試提供了設備長期可靠性和潛在失效機制的洞見。

SiC功率器件的一個相關挑戰(zhàn)是閾值電壓漂移，主要是由于SiC的柵氧化層厚度比硅薄。在MOSFET中施加相同的柵偏時，在較薄的柵氧化層中會產(chǎn)生較高的電場。柵氧化層的穩(wěn)定性受到電場強度的強烈影響。

通過減少氧化層中的電荷和/或界面態(tài)陷阱密度，應該可以減少SiC中的閾值電壓漂移，并防止柵應力條件對柵氧化層質量的影響。正在開發(fā)各種方法來穩(wěn)定閾值電壓漂移。此外，設備設計也在考慮在苛刻的工作條件下屏蔽柵氧化層中的電場。

為了有效評估影響SiC MOSFET柵氧化層可靠性的缺陷，PMS使用了幾種關鍵方法。HTGB測試(包括正向和負向)是評估柵氧化層完整性的一種標準方法。為了確定柵氧化層在連續(xù)應力條件下的壽命，進行了時間依賴電介質擊穿(TDDB)測試。偏置溫度不穩(wěn)定性(BTI)測試也用于評估柵氧化層在長期電壓應力和溫度變化下的響應。

此外，PMS在大規(guī)模生產(chǎn)過程中進行了燒機測試，以篩選出由柵氧化層缺陷引起的早期壽命故障。這些綜合評估方法確保了對SiC MOSFET柵氧化層可靠性的全面理解和強有力評估。

根據(jù)PMS的說法，就柵結構的可靠性而言，平面柵結構顯示出比溝槽柵結構更好的穩(wěn)定性，因為電場容易被相鄰的P井保護。然而，在溝槽柵結構中，在溝槽底部會產(chǎn)生高電場，這會顯著退化。為了克服這個問題，可以應用各種保護方案，如厚底部氧化層、在溝槽底部柵氧化層下方的附加P層、深P井等。

SiC在電力轉換設計中的應用

SiC技術帶來了顯著的好處，包括更高的系統(tǒng)效率、減少系統(tǒng)尺寸和重量以及由于其在各種電力轉換拓撲中幾乎不存在反向恢復電荷而降低的開關損耗。

SiC MOSFET針對可以最大化SiC性能的橋式拓撲進行了優(yōu)化。此外，該領域的系統(tǒng)功率也在穩(wěn)步增加。例如，車載充電器(OBC)正在從6.6kW過渡到11kW至22kW的范圍，并且雙向操作正成為實現(xiàn)V2L(車對負載)、V2G(車對電網(wǎng))、V2V(車對車)和V2H(車對家電)等功能的一大趨勢。同樣，人工智能的興起正推動服務器功率需求從3kW增加到12kW。

然而，系統(tǒng)還需要優(yōu)化SiC MOSFET的限制。SiC MOSFET的短路耐受時間(SCWT)已知約為3微秒，顯著短于硅IGBT。因此，SiC MOSFET需要獨特的柵驅動器，帶有保護電路，以快速準確地檢測故障，從而保護開關設備和系統(tǒng)免受短路過電流的影響。

在汽車行業(yè)，保持極低的每百萬缺陷率(dpm)至關重要，這一要求同樣適用于SiC MOSFET和傳統(tǒng)的基于硅的半導體。為了確保最高水平的可靠性，PMS在整個生產(chǎn)過程中采用了先進的制造工藝和嚴格的質量控制措施。

PMS的SiC MOSFET經(jīng)過專門為汽車和工業(yè)應用設計的嚴格測試協(xié)議。這些測試包括AEC-Q101中規(guī)定的所有測試項目。他們的綜合測試設置涵蓋環(huán)境應力測試、可靠性演示測試、電熱應力測試和機械應力測試。

持續(xù)改進是公司方法的核心，因為PMS通過不斷的研究和開發(fā)努力不斷完善其產(chǎn)品。此外，PMS積極監(jiān)測其SiC MOSFET的現(xiàn)場性能，確保其在操作壽命內(nèi)的可靠性。

為了應對汽車客戶的擔憂，PMS還提供了關于可靠性測試程序和結果的詳細文檔，以PPAP格式提交。

關于半導體制造，SiC市場預計將在未來推動對8英寸晶圓的持續(xù)需求增長?？傮w來看，在2028年之前確保具有競爭力的成本和質量并不容易。這似乎是大多數(shù)SiC晶圓供應商的共同看法。

與此同時，8英寸硅可以被認為具有相對較高的價值，如GaN，而不是傳統(tǒng)產(chǎn)品(如SJ MOS / IGBT)，并且還可以操作針對利基市場的產(chǎn)品，如超過200V的MV MOS。當6英寸SiC轉向8英寸SiC時，8英寸硅制造技術將發(fā)揮重要作用。