英飞凌碳化硅产品系列“妙”在哪里？
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在近日的英飞凌650 V CoolSiC™ MOSFET系列发布会上，英飞凌电源与传感系统事业部大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源详细介绍了CoolSiC系列新品以及对SiC市场的展望。根据IHS的预估，今年SiC将会占据近5000万美元的市场份额，到2028年，其市场份额将达到1亿6000万美元，整个复合成长率也达到了16%。两位数的复合成长率对于SiC来说相当可观，也吸引了更多公司参与其研发之列，英飞凌便是其中之一。在近日的英飞凌650 V CoolSiC™ MOSFET系列发布会上，英飞凌电源与传感系统事业部大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源详细介绍了CoolSiC系列新品以及对SiC市场的展望。
英飞凌电源与传感系统事业部大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源
01
为什么选择SiC材料？
相较于硅而言，碳化硅的带隙大概是其三倍，单位面积的阻隔电压能力是硅的七倍，热导率也大概是其3倍多，这使得碳化硅的功率处理能力更强。对于使用者和设计者而言，碳化硅是一个相当不错的选择，运行更高的电压、达到更高的效率、更轻薄的体积以及更好的散热性能等诸多特性能帮助工程师们事半功倍。
对于Si、SiC和GaN三个半导体材料市场，英飞凌都有持续投入并掌握了所有功率半导体技术。陈清源提到：“2017年底英飞凌推出了氮化镓器件，很多客户已经开始使用，不过使用的数量可能一个月只有几千到几万，但硅的使用规模能达到百万级别及以上。至于新的650V碳化硅产品，目前大中华区已有客户量产，主要还是应用于高端产品中。”
02
英飞凌的碳化硅品牌—CoolSiC
英飞凌在碳化硅领域上已有超过10年的经验。碳化硅的驱动方式与传统硅不同，为优化设计，英飞凌研发了专门的驱动IC，搭配其碳化硅MOSFET系列可获得更好的使用效果及更高的稳定度。
650 V CoolSiC™ MOSFET器件的额定值在27 mΩ-107 mΩ之间，既可采用典型的TO-247 3引脚封装，也支持开关损耗更低的TO-247 4引脚封装。与过去发布的所有CoolSiC™ MOSFET产品相比，650V系列采用了英飞凌独特的沟槽半导体技术，通过最大限度地发挥碳化硅物理特性，确保了器件具有高可靠性、较少的开关损耗和导通损耗。此外，它们还具备最高的跨导水平（增益）、4V的阈值电压（Vth）和短路稳健性。
得益于与温度相关的超低导通电阻（RDS(on)），650 V CoolSiC™ MOSFET具备优异的热性能。此外，采用坚固耐用的体二极管使得该产品系列具有非常低的反向恢复电荷，这比最佳的超结CoolMOS™ MOSFET低80%左右，其换向坚固性更是实现了98%的整体系统效率。
03
沟槽式 VS 平面式
栅极氧化层在设计上是一个难点，它会影响到产品的可靠度。在碳化硅工艺上，英飞凌采用的是沟槽式设计，这种设计可以帮助产品在达到性能的要求的同时不会偏离其可靠度。以碳化硅 MOSFET为例，在同样的可靠度基础上，沟槽式设计的产品会远比平面式的拥有更优良的性能。
总而言之，沟槽技术可以在毫不折衷的情况下，在应用中实现最低的损耗，并在运行中实现最佳可靠性。陈清源认为，沟槽式将是未来的趋势。
04
PFC图腾柱设计实现效率突破
英飞凌的图腾柱技术在低压电源转换中很常见，即桥式拓扑结构。在高压电源转换中，这种结构往往会受限于常用器件的“反向恢复特性”。但碳化硅材料由于其本身就具有较快的“反向恢复速度”，在用于这种图腾柱结构时，若是处于“软开关”的情况，或是由于一些条件导致体二极管会导通电流，又会突然反向的情况下，会比常见的硅材料反向恢复速度会快很多。这种结构最主要的优势就是提高了功率密度以及效率。
目前，在220V样的输入条件下，采用图腾柱结构的3kW PFC可以很轻松的达到98%甚至98.5%以上的效率。
05
Si、SiC、GaN三者并存，
英飞凌积极布局功率器件市场
在整个功率器件市场，英飞凌是全球市占率最高的供应商。英飞凌目前的硅产品包括低压MOS、高压MOS，还有IGBT等等，这部分所带来的稳定收入使得英飞凌可以持续投资新的产品、技术及应用。目前，硅技术是英飞凌的主流技术之一，也是其发展最为成熟的技术。陈清源表示：“针对Si、SiC、GaN三个领域，英飞凌都有不同的产品应用其中，这三者是会共存的，没有取代之说。”
英飞凌拥有自己的生产线，能够生产中保证不错的良率，并且20年的CoolSiCTM MOSFET生产经验足以让英飞凌走在碳化硅领域前列。对于新加入的竞争对手，陈清源表示：“持续高资金的投资对他们来说是一大挑战，因为这是一个长期的比赛，而英飞凌有这方面的优势，一些产品的高成长率也会支持我们继续投资。有竞争才有进步，英飞凌在这方面一直保持着开放的态度。”
目前，以SiC为代表的第三代半导体大功率电力电子器件已成为行业重点关注对象，国内外多个地区也相继推出相关政策予以支持。在此大环境的加成下，英飞凌将持续扩展其碳化硅产品组合，据陈清源介绍，2021年英飞凌会有相关新品推出，届时产品将扩展至50个以上，且不同包装能应对不同的应用场景，客户也将会有更多的选择。
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