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CoolSiC™技术详情

无与伦比的可靠性和质量

我们的总体目标是将碳化硅 MOSFET 提供的低 RDS(on) 与栅极驱动模式相结合，在该模式下，设备在安全的氧化物场强条件下运行。因此，我们决定将重点放在基于沟槽的器件上, 从缺陷密度高的平面栅向更有利的表面方向。这些边界条件是转移硅功率半导体领域建立的质量保证方法的基础，以保证工业甚至汽车应用中预期的 FIT 率。

与 Si 器件相比，SiC 器件在阻塞模式下工作时漏极感应电场要高得多（MV 而不是 kV）。因此，开启状态和关闭状态下氧化物中的高电场可能会加速磨损。对于关断状态，采用深 p 区应力保护；对于导通状态，使用厚氧化物，以规避薄氧化物屏蔽剩余外部氧化物缺陷的限制。

酷尔西克技术公司
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CoolSiC™ MOSFET 单元结构

CoolSiC™ MOSFET 沟槽概念针对体二极管的运行进行了优化。 嵌入到 p+ 区域的沟槽底部增强了体二极管面积。

CoolSiC™ MOSFET 单元设计旨在限制导通状态和关断状态下栅极氧化物中的电场，以保持可靠性。 此外，所有变体都实现了低导通电阻，即使在大规模生产中也具有稳定性和可重复性。保证驱动电压水平仅为 VGS= 18 V，并具有足够高的栅极-源极阈值电压（通常为 4.5 V），这是 SiC 晶体管领域的基准。

CoolSiC MOSFET单元结构
CoolSiC MOSFET单元结构
CoolSiC MOSFET单元结构

CoolSiC™是沟槽 SiC MOSFET 技术先驱的代名词。 英飞凌再次证明，我们将继续努力追求创新和技术领先地位——在宽带隙领域也是如此。我们所提供的产品和提供方式使我们与众不同。

CoolSiC™ MOSFET 在开关行为和总损耗方面具有卓越的性能。 其中一个亮点是可以在零栅极偏置的情况下关闭设备，这使得CoolSiC™晶体管概念成为目前市场上唯一真正的“常关”设备。

除了卓越的栅极氧化物可靠性和稳定性之外，与目前可用的 SiC MOSFET 相比，坚固的体二极管也是 CoolSiC ™ MOSFET 的一个关键特性。

适用于硬开关拓扑

  • 快速开关速度下最低的开关损耗
  • 由于具有抵抗寄生导通效应（低过压/欠压）的鲁棒性，因此易于设计
  • 短路额定值 3 µs（例如伺服驱动器

软开关拓扑

  • 最低的开关损耗和简单的设计
  • 可以应用 0 V 关断，这对于具有使用 0 V 关断运行的 SJ MOSFET（例如，英飞凌的CoolMOS™ ）设计经验的 LLC 和 ZVS 设计人员至关重要

与 IGBT 相比，像CoolSiC™器件这样的垂直 MOSFET 提供反向模式传导（通过体二极管）。 因此，它可以用作续流二极管。但由于SiC的带隙原因，该二极管的拐点电压相对较高（约为3V）。

所有CoolSiC™ MOSFET（无论是采用英飞凌 SiC 模块封装还是属于英飞凌 SiC 分立产品组合）均具有集成体二极管。 不需要额外的肖特基二极管。

该二极管可用于典型的续流功能。此外，它可以在没有肖特基势垒二极管 (SBD) 的情况下使用。必须使用同步整流（短暂的死区时间后以二极管模式打开通道）才能受益于低传导损耗。

CoolSiC™ MOSFET 体二极管额定用于硬换向并且非常坚固，可承受 7x Inom 10 ms 浪涌电流。 事实证明，它是长期稳定的，并且不会超出数据表的限制。英飞凌通过遵循以下规定，确保器件参数 - RDS(on) 和 VSD - 在整个使用寿命期间保持在数据表限制范围内：

 

  • 优化筛选过程以降低缺陷密度
  • 100% 最终清关测试 (FCT) 验证低 DPM 率
探索我们的技术文档，深入了解

CoolSiC™ 肖特基二极管

英飞凌是全球第一家商业化碳化硅（SiC）器件供应商。长期的市场运营和丰富的经验使我们能够提供高度可靠、行业领先的高性能碳化硅产品。碳化硅和硅的材料特性差异限制了实用硅单极性二极管（肖特基二极管）的制造，耐压最高可达 100 V-150 V，并且其导通电阻和漏电流相对较高。碳化硅材料的使用提升了肖特基二极管的击穿电压。英飞凌的碳化硅产品组合涵盖 600 V，650V 到 1200V 肖特基二极管。

CoolSiC 肖特基二极管图表系统解决方案
CoolSiC 肖特基二极管图表系统解决方案
CoolSiC 肖特基二极管图表系统解决方案

CoolSiC™ Hybrid 器件

硅基开关和CoolSiC™肖特基二极管的组合被称为“混合解决方案”。

与硅 IGBT 解决方案相比，导通损耗可以降低。此外，还可以实现更高的开关频率和更高的电流处理能力。将芯片作为独立组件或与功率模块中的硅功率器件结合使用，可实现最高的功率密度和效率。碳化硅二极管是进一步扩展 IGBT 技术功能的有利器件。

著名的 EasyPACK ™中的混合模块具有助推器以及 3 级配置。该产品组合由功率模块组成，其中 SiC 二极管和 IGBT 芯片形成理想配对，在目标应用（例如太阳能系统）中发挥最佳性能。

采用碳化硅元件的功率模块数量还将逐步增加，使用碳化硅二极管与硅晶体管的组合，是目前基于屡获殊荣的 CoolSiC™ 技术的碳化硅晶体管。

从 EasyPACK™1B/2B 等封装到 EasyPACK™ 3B 等更大的封装，无论应用的功率如何，我们的功率模块 SiC 产品组合都能实现更高效的设计。

CoolSiC™混合分立器件是两种成熟的、一流的半导体技术的组合：650 V TRENCHSTOP ™ 5 IGBT 和CoolSiC™肖特基二极管 G6。 最终产品的性能与碳化硅开关相似，但价格却极具吸引力。

FIT 率和栅极氧化层可靠性

如果要使用 SiC 来降低 FIT 率（量化硬故障），则必须考虑两个影响因素：

  • 宇宙射线效应（与硅器件相同）
  • 栅极氧化层可靠性（由于氧化层场应力）

宇宙射线稳定性通常是通过优化漂移区的电场分布来实现的。然而，为了降低氧化物 FIT 率，需要对电活性缺陷进行有效筛选。原则上，只要器件不包含缺陷相关杂质（即外部缺陷），Si 和 SiC MOSFET 就具有几乎相同的本征氧化物寿命。与 Si MOSFET 相比，SiC MOSFET 的栅极氧化物中表现出更高的外部缺陷密度。与无缺陷的设备相比，具有外部缺陷的设备会更早发生故障。保证 SiC MOSFET 栅极氧化物足够可靠性的挑战是通过电气筛选减少受外部因素影响的器件数量。每个器件都会受到栅极应力模式的影响 - 破坏那些具有关键外部参数的器件。因此，实现高效栅极氧化层筛选的关键在于标称氧化层厚度远高于实现固有寿命目标通常所需的厚度，这导致了栅极氧化层 FIT 率和器件性能之间的权衡。

FIT费率构成

适合率
适合率
适合率

为了进一步改进其 SiC 技术，英飞凌投入了大量资金来测试电屏蔽 SiC MOSFET 的导通状态氧化层可靠性以及 SiC 功率器件中电场条件引起的关断状态氧化层应力。

今天我们可以宣称：

  • 由于优化了栅极氧化层厚度，我们的栅极氧化层筛选与竞争对手的 SiC MOSFET 制造商相比更加高效。
  • 使用寿命期间较低的栅极氧化层故障率和无早期故障意味着客户端可以获得最高的栅极氧化层质量。

SILTECTRA ™创新的分裂技术

Siltectra动画
Siltectra动画
Siltectra动画

2018 年，英飞凌收购了初创公司 SILTECTRA ™ ，将创新的基于激光的材料分离技术整合到薄晶圆技术能力中。SILTECTRA ™ COLD SPLIT 技术与常见的锯切技术相比，可以最大程度地减少材料损失，从而分割碳化硅等晶体材料。

点击此处了解有关 SILTECTRA ™ COLD SPLIT 技术的更多信息

有关CoolSiC™技术的视频

碳化硅能否助力推动轨道交通创新？

在本期“问专家”节目中，我们的专家塞巴斯蒂安解释了碳化硅如何实现更高效、更紧凑的牵引变流器，从而支持轨道交通的电气化和脱碳。

二十多年来，英飞凌一直走在开发解决方案的前沿，以满足节能、缩小尺寸、系统集成和提高产品可靠性的需求。最具革命性的发展之一是在某些设备中使用 SiC 作为主要化合物。英飞凌是世界上第一家碳化硅（SiC）分立功率器件供应商。它是碳化硅技术和商业化的全球先驱。在本次培训中，我们将介绍英飞凌在该领域开发的最成功的解决方案之一。​

二十多年来，英飞凌一直走在开发解决方案的前沿，以满足节能、缩小尺寸、系统集成和提高产品可靠性的需求。最具革命性的发展之一是在某些设备中使用 SiC 作为主要化合物。英飞凌是世界上第一家碳化硅（SiC）分立功率器件供应商。它是碳化硅技术和商业化的全球先驱。在本次培训中，我们将介绍英飞凌在该领域开发的最成功的解决方案之一。​

​为了引领向可持续能源生产和消费的转型，您知道碳化硅技术是解决该方向关键市场趋势的战略核心。为此，以下是您应该选择英飞凌 SiC 器件的五个理由。

该视频从客户的视角重点介绍了CoolSiC™的优势。 通过 alpitronic、Tritium、Lite-On、Siemens Mobility 和 Fronius 的评价，我们了解了 SiC 如何推动能源生产、存储和消耗领域的创新。

​在本次培训中，我们重点关注优化 SiC Easy 模块直流链路的重要性，探讨直流链路中寄生元件的显著影响，并深入探讨将直流链路连接到 Easy 模块的关键考虑因素。​

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