如何增強(qiáng) SiC 功率器件的性能與可靠性？垂直整合是關(guān)鍵！

電動汽車 (EV) 市場的快速增長推動了對下一代功率半導(dǎo)體的需求，尤其是對碳化硅 (SiC) 半導(dǎo)體的需求尤為強(qiáng)勁。事實(shí)上，至少在本世紀(jì)下半葉之前，SiC功率器件可能會供不應(yīng)求。而隨著 SiC 襯底應(yīng)用于 SiC 功率器件，襯底質(zhì)量和制造技術(shù)方面取得了哪些進(jìn)步，以提高器件性能、減少缺陷并增強(qiáng)可靠性？為了優(yōu)化未來 SiC 功率器件的襯底特性，還需要哪些改進(jìn)和發(fā)展？

SiC的可靠性挑戰(zhàn)

SiC 是硅和碳的化合物，與硅相比有許多優(yōu)點(diǎn)。SiC 芯片可以在更高溫度下運(yùn)行，并能有效處理更高電壓，從而增強(qiáng)電動汽車的功率密度和熱管理性能，因此可以加快充電速度、延長行駛里程，并改善整體性能。

在汽車這種高可靠性應(yīng)用中，SiC的器件缺陷會造成極大的安全隱患，因此，對SiC器件的可靠性與缺陷的研究非常重要。通常來說，影響 SiC 可靠性和器件性能的缺陷通?？梢园磭?yán)重程度分為兩種，分別是致命缺陷和非致命缺陷。考慮到應(yīng)用背景和造成缺陷的原因，我們需要關(guān)注 SiC 襯底、SiC 研磨和拋光以及 SiC 外延——這是可能導(dǎo)致缺陷的三個方面。

業(yè)界可能已經(jīng)解決了一般出現(xiàn)在襯底中和外延之后的許多致命缺陷。非致命缺陷是指通常不會導(dǎo)致嚴(yán)重后果，但會增加潛在風(fēng)險的缺陷。安森美 (onsemi) 已開發(fā)多種基于算法的方法，以便晶圓廠在處理材料的過程中篩選出有缺陷的器件。此外，我們還進(jìn)行了垂直整合，從襯底、外延和器件制造三個方面縮短反饋循環(huán)。

事實(shí)上，在業(yè)界當(dāng)前主流的 6 英寸晶圓上，這些問題已經(jīng)得到妥善解決。我們的挑戰(zhàn)在于將這一解決方案拓展至 8 英寸晶圓。為此，不僅要考慮與原有尺寸晶圓相同的問題，還要考慮 8 英寸晶圓特有的翹曲和彎曲問題。

從這個角度來看，安森美致力于不斷縮短反饋循環(huán)以提高器件的性能。此外，我們還重視針對特定應(yīng)用開發(fā)經(jīng)優(yōu)化的碳化硅技術(shù)。這意味著我們要解決汽車、工業(yè)應(yīng)用等不同領(lǐng)域的問題，而且需要有不同的技術(shù)。

垂直整合的優(yōu)勢是什么？

正如前文所說，垂直整合的運(yùn)營模式是安森美提高產(chǎn)品可靠性的法寶。但是，很多供應(yīng)商的制造鏈往往不是垂直整合的。有些供應(yīng)商提供器件，但沒有能力在內(nèi)部制造 SiC 晶錠（而是從公開市場購買晶錠和襯底晶圓）。有些供應(yīng)商內(nèi)部提供 SiC 晶錠，但缺乏內(nèi)部封裝能力。這樣一來，汽車公司最終只能得到未經(jīng)優(yōu)化的方案，遭遇芯片過熱、電阻過高或?qū)嵝圆畹葐栴}。而且前幾代產(chǎn)品的成本也會較高，并且質(zhì)量較低，通常含有寄生效應(yīng)。

具有前瞻性思維的電動汽車 OEM 和一級供應(yīng)商發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化性能、降低成本和減輕風(fēng)險的更可靠方法是向垂直整合的供應(yīng)商采購 SiC 功率器件。

垂直整合本質(zhì)上是晶錠、芯片和封裝三位一體的解決方案。真正垂直整合的供應(yīng)商會圍繞能力、產(chǎn)能和成本進(jìn)行優(yōu)化。所謂能力，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

● 電動汽車市場的 SiC 功率器件供應(yīng)商需要具備廣泛的專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)，以滿足這個快速發(fā)展的行業(yè)的苛刻要求。首先，他們必須對 SiC 特定的半導(dǎo)體材料和制造工藝有深入的了解。這包括晶體生長、外延和晶圓加工技術(shù)方面的專業(yè)知識，以確保實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的芯片生產(chǎn)。

● 透徹理解電力電子和電路設(shè)計(jì)也很重要。SiC 功率器件用于高電壓和高功率應(yīng)用，因此供應(yīng)商必須精通電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化技巧，以高效實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換和管理。

● 熱管理方面的專業(yè)知識同樣重要。鑒于 SiC 芯片的電流密度較高，供應(yīng)商必須具備開發(fā)高效散熱方案的專業(yè)知識，以使芯片保持理想的性能和可靠性。

● 深入了解電動汽車市場的獨(dú)特要求和標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。供應(yīng)商需要考慮汽車安全性、耐用性以及與其他電動汽車元器件的兼容性等因素，確保其 SiC 功率器件滿足電動汽車制造商的嚴(yán)格要求。

SiC 制造是一個復(fù)雜的過程，會引入缺陷和寄生效應(yīng)。垂直整合意味著供應(yīng)商在生產(chǎn)線啟動時，即在晶體生長階段就能識別缺陷，發(fā)現(xiàn)有缺陷的芯片，避免其進(jìn)入后續(xù)生產(chǎn)。垂直整合供應(yīng)商擁有整個SiC 鏈，因此從一開始就會使用測試、可追溯性和質(zhì)量保證來減少早期故障。