【導讀】眾所周知，“挖坑”是英飛淩的祖傳手藝。在矽基產品時代，英飛淩的溝槽型IGBT（例如TRENCHSTOP係列）和溝槽型的MOSFET就獨步天下。在碳化矽的時代，市麵上大部分的SiC MOSFET都是平麵型元胞，而英飛淩依然延續了溝槽路線。難道英飛淩除了“挖坑”
，就不會幹別的了嗎？非也。因為SiC材料獨有的特性

，SiC MOSFET選擇溝槽結構

，和IGBT是完全不同的思路。咱們一起來捋一捋。

關於IGBT使用溝槽柵的原因及特點
，可以參考下麵兩篇文章：

●   英飛淩芯片簡史

●   平麵型與溝槽型IGBT結構淺析

MOSFET全稱金屬-氧化物半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。MOSFET的簡化結構如下圖所示：矽片表麵生長一層薄薄的氧化層，其上覆蓋多晶矽形成門極
，門極兩側分別是Nxingzhurudeyuanjihelouji。dangmenjishangshijiadedianyagaoyuyuzhidianyashi，menjiyanghuacengxiamianjiuxingchengleqiangfanxingcenggoudao。zheshizaigeilouyuanjizhijianshijiayigezhengya，dianzijiukeyicongyuanjijingguofanxingcenggoudao，yuanyuanbuduandiliudaolouji。dianliujiuzheyangxingchengle。

功率MOSFET為了維持較高的擊穿電壓，將漏極放在芯片背麵
，整個漂移層承受電壓。功率MOSFET的導通電阻，由幾部分構成：源極金屬接觸電阻、溝道電阻、JFET電阻
、漂移區電阻
、漏lou極ji金jin屬shu接jie觸chu電dian阻zu。設she計ji人ren員yuan總zong是shi要yao千qian方fang百bai計ji地di降jiang低di導dao通tong電dian阻zu
，進jin而er降jiang低di器qi件jian損sun耗hao。對dui於yu高gao壓ya矽gui基ji功gong率lv器qi件jian來lai說shuo
，為wei了le維wei持chi比bi較jiao高gao的de擊ji穿chuan電dian壓ya
，一yi般ban需xu要yao使shi用yong較jiao低di摻chan雜za率lv以yi及ji比bi較jiao寬kuan的de漂piao移yi區qu，因yin此ci漂piao移yi區qu電dian阻zu在zai總zong電dian阻zu中zhong占zhan比bi較jiao大da。碳tan化hua矽gui材cai料liao臨lin界jie電dian場chang強qiang度du約yue是shi矽gui的de10倍，因此碳化矽器件的漂移區厚度可以大大降低。對於1200V及以下的碳化矽器件來說，溝道電阻的成為總電阻中占比最大的部分。因此，減少溝道電阻是優化總電阻的關鍵所在。

再來看溝道電阻的公式。

式中：

Lchannel：溝道長度，

Wchannel：溝道寬度，

COX：柵氧電容
，

μn,channel：溝道電子遷移率

從上式可以看出，溝道電阻和溝道電子遷移率（μn,channel）成反比。溝道形成於SiO2界麵處
，因此SiO2界(jie)麵(mian)質(zhi)量(liang)對(dui)於(yu)溝(gou)道(dao)電(dian)子(zi)遷(qian)移(yi)率(lv)有(you)直(zhi)接(jie)的(de)影(ying)響(xiang)。通(tong)俗(su)一(yi)點(dian)說(shuo)，電(dian)子(zi)在(zai)溝(gou)道(dao)中(zhong)流(liu)動(dong)，好(hao)比(bi)汽(qi)車(che)在(zai)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)上(shang)行(xing)駛(shi)。路(lu)麵(mian)越(yue)平(ping)整(zheng)，車(che)速(su)就(jiu)越(yue)快(kuai)。如(ru)果(guo)路(lu)麵(mian)全(quan)是(shi)坑(keng)，汽(qi)車(che)就(jiu)不(bu)得(de)不(bu)減(jian)速(su)。而(er)不(bu)幸(xing)的(de)是(shi)
，碳(tan)化(hua)矽(gui)材(cai)料(liao)形(xing)成(cheng)的(de)SiC-SiO2界麵，缺陷密度要比Si-SiO2高得多。這些缺陷在電子流過會捕獲電子
，電子遷移率下降，從而溝道電阻率上升。

平麵型器件怎麼解決這個問題呢？再看一下溝道電阻的公式，可以看到有幾個簡單粗暴的辦法：提高柵極電壓Vgs

，或者降低柵極氧化層厚度，或者降低閾值電壓Vth。前兩個辦法

，都會提高柵極氧化層中的電場強度，但太高的電場強度不利於器件的長期可靠性(柵氧化層的擊穿電壓一般是10MV/cm
，但4MV/cm以上的場強就會提高器件長期潛在失效率)。如果器件的閾值電壓Vth太低，在實際開關過程中，容易發生寄生導通。更嚴重的是

，閾值電壓Vth會隨著溫度的升高而降低，高溫下的寄生導通問題會更明顯。

平麵型SiC MOSFET柵氧薄弱點

好hao像xiang進jin入ru到dao一yi個ge進jin退tui兩liang難nan的de境jing地di了le
？別bie忘wang了le，碳tan化hua矽gui是shi各ge向xiang異yi性xing的de晶jing體ti，不bu同tong的de晶jing麵mian，其qi態tai密mi度du也ye是shi不bu同tong的de。英ying飛fei淩ling就jiu找zhao到dao了le一yi個ge晶jing麵mian，這zhe個ge晶jing麵mian與yu垂chui直zhi方fang向xiang有you4°的夾角，在這個晶麵上生長SiO2, 得到的缺陷密度是最低的。這個晶麵接近垂直於表麵
，於是

，英飛淩祖傳的”挖坑”手藝，就派上用場了。CoolSiC™ MOSFET也就誕生了。需要強調一下，不是所有的溝槽型MOSFET都是CoolSiC™! CoolSiC™是英飛淩碳化矽產品的商標。CoolSiC™ MOSFET具有下圖所示非對稱結構。

CoolSiC™  MOSFET使用溝槽有什麼好處？

首(shou)先(xian)，垂(chui)直(zhi)晶(jing)麵(mian)缺(que)陷(xian)密(mi)度(du)低(di)，溝(gou)道(dao)電(dian)子(zi)遷(qian)移(yi)率(lv)高(gao)。所(suo)以(yi)
，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)相(xiang)對(dui)比(bi)較(jiao)厚(hou)的(de)柵(zha)極(ji)氧(yang)化(hua)層(ceng)
，同(tong)樣(yang)實(shi)現(xian)很(hen)低(di)的(de)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)。因(yin)為(wei)氧(yang)化(hua)層(ceng)的(de)厚(hou)度(du)比(bi)較(jiao)厚(hou)，不(bu)論(lun)開(kai)通(tong)還(hai)是(shi)關(guan)斷(duan)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，它(ta)承(cheng)受(shou)的(de)場(chang)強(qiang)都(dou)比(bi)較(jiao)低(di)
，所(suo)以(yi)器(qi)件(jian)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)壽(shou)命(ming)都(dou)更(geng)高(gao)。下(xia)圖(tu)比(bi)較(jiao)了(le)英(ying)飛(fei)淩(ling)CoolSiC™ MOSFET與矽器件，以及其它品牌SiC MOSFET的柵氧化層厚度對比。可以看到
，CoolSiC™ MOSFET 柵氧化層厚度為70nm，與Si器件相當。而其它平麵型SiC MOSFET柵氧化層厚度最大僅為50nm。如果施加同樣的柵極電壓
，平麵型的SiC MOSFET柵氧化層上的場強就要比溝槽型的器件增加30%左右。

而且，CoolSiC™ MOSFET閾值電壓約為4.5V，在市麵上屬於比較高的值。這樣做的好處是在橋式應用中，不容易發生寄生導通。下圖比較了英飛淩CoolSiC™ MOSFET與yu其qi它ta競jing爭zheng對dui手shou的de閾yu值zhi電dian壓ya，以yi及ji在zai最zui惡e劣lie工gong況kuang下xia，由you米mi勒le電dian容rong引yin起qi的de柵zha極ji電dian壓ya過guo衝chong。如ru果guo米mi勒le電dian壓ya過guo衝chong高gao於yu閾yu值zhi電dian壓ya，意yi味wei著zhe可ke能neng發fa生sheng寄ji生sheng導dao通tong。英ying飛fei淩lingCoolSiC™ 器件的米勒電壓低於閾值電壓，實際應用中一般不需要米勒鉗位，節省驅動電路設計時間與成本。

要說給人挖坑容易，給SiC“挖坑”，可就沒那麼簡單了。碳化矽莫氏硬度9.5，僅次於金剛石。在這麼堅硬的材料上不光要挖坑

，還要挖得光滑圓潤。這是因為，溝槽的倒角處，是電場最容易集中的地方，CoolSiC™ 不光完美處理了倒角，還上了雙保險
，在溝槽一側設置了深P阱。在器件承受反壓時，深P阱可以包裹住溝槽的倒角，從而減輕電場集中的現象。

深P阱的另一個功能，是作為體二極管的陽極。通常的MOSFET體二極管陽極都是由P基區充當，深P阱的注入濃度和深度都高於P基區，可以使體二極管導通壓降更低，抗浪湧能力更強。

好的，CoolSiC™  MOSFET就先介紹到這裏了。CoolSiC™  MOSFET不是單純的溝槽型MOSFET，它在獨特的晶麵上形成溝道

，並且有非對稱的深P阱結構，這使得CoolSiC™ MOSFET具有較低的導通電阻，與Si器件類似的可靠性
，以及良好的體二極管特性。

免責聲明：本文為轉載文章

，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

簡化隔離式軟件可配置I/O通道設計的高集成度、係統級方法

采用創新數字預失真技術進行ADC和音頻測試的高性能信號源

MCU解決800V電動汽車牽引逆變器的常見設計挑戰的3種方式

精細之至，方顯英雄本色——保證源表測量精度的小秘籍

SIMO PMIC：為可穿戴設備電源設計打開方便之窗！