一定要做沟槽型SiC MOSFET吗？（下）

安森美的下一代技术平台M4则会从平面结构升级为沟槽结构，目前已积累了大约20份相关专利。与初代碳化硅技术相比，在相同载电流的要求下可以减少相当的芯片面积。

安森美的碳化硅技术持续进步，功率密度、散热能力和成本不断优化

一定要做沟槽？

对于Si IGBT或者Si MOSFET，沟槽栅结构的设计相比于平面栅结构具有明显的性能优势，但是对于SiC MOSFET来说，目前这种优势不再显著。

根据高斯定理，SiC MOSFET中栅极SiO2表面承受的电场强度约是其对应的SiC表面电场强度的2.5倍，由于碳化硅材料以高临界击穿电场强度著称（约为硅材料的10倍），所以SiC MOSFET中栅极SiO2承受的电场强度极高，比Si MOSFET/IGBT中栅极SiO2承受的电场强度高一个数量级。

因此，SiC MOSFET 栅极氧化层的可靠性面临严重的挑战。沟槽栅SiC MOSFET设计中的栅氧可靠性问题更加严重，因为接近90°的沟槽栅拐角进一步加剧了电力线的集中，此处的栅氧层极易被击穿。

解决栅极氧化层可靠性问题是目前所有的沟槽栅SiC MOSFET结构设计必须首先解决的问题，已有技术路线是设计额外的JFET区，通过其耗尽区的“夹断”来屏蔽保护中间的栅极氧化层，减少沟槽栅拐角位置氧化层承受的电应力，但这同时也引入了很大的JFET电阻，导通电阻因此显著增加。

瑞能曾在对外的资料上对比了公司平面型SiC MOSFET以及两款市场上主流的平面型和沟槽型SiC MOSFET的主要性能，通过比较可以发现，现阶段的沟槽型SiC MOSFET与高性能的平面型SiC MOSFET相比，性能优势并不明显。

反而平面型SiC MOSFET由于具备天然的可靠性优势，更容易被市场认可。当然，如果未来栅极介质层的可靠性问题得到彻底解决，更紧凑的沟槽型SiC MOSFET仍然具有巨大的发展潜力。

在那篇对Wolfspeed联合创始人John Palmour博士采访的文章里，有一个问题问说：”在过去的几年里，有很多人说你们也会开发沟槽栅SiC MOSFET，什么时候上市？“

John Palmour说：”我们先看看市场的格局。市场上最大的2家供应商Wolfspeed和意法半导体都是提供平面SiC MOSFET，因为它们有更好的导通电阻，这是关键性能指标。

只要我们在导通电阻方面远远领先沟槽SiC MOSFET，我认为没有理由改变这一点。何况我们还将继续改进平面SiC MOSFET。

客户不应该关心它是平面MOSFET还是沟槽MOSFET，重要的是特定导通电阻。事实上，我们也不在乎哪种技术路线，我们只关注哪种设计能给客户带来最大的利益。“

简而言之，平面结构还有深挖的空间，国内企业深耕平面型，做好可靠性，也一样有市场！

本文参考：01芯闻 《西线无战事，碳化硅五巨头的硝烟》

Bodos功率系统《高性能高可靠性SiC MOSFET的关键设计与优化》