第三代SiC-MOSFET器件登场!ROHM能否改变SiC市场格局

2015-07-13 13:58:10来源: EEworld
随着电子产品的迅速发展,常规的硅半导体、砷化镓等器件越来越无法满足高温、热导率、抗辐射性等需求。

以碳化硅、氮化镓为代表的宽带隙半导体材料由于具备禁带宽度大、击穿场强高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性良好等特性,使其在光电器件、高频大功率器件等方面倍受青睐,被誉为前景广阔的第三代半导体材料。

近年来,在全球范围寻求解决供电问题的大背景下,涉及到如何有效地输送并利用所发电力的“功率转换”备受关注。SiC功率器件作为可显著减少这种功率转换时的损耗的关键器件而备受瞩目。

目前,SiC模块推向市场的主要目的就是用来IGBT模块,但是由于成本过高,量产困难,一直都很难打开市场。今年来,随着半导体公司对SiC器件开发的大力投入,技术和产品性能已经取得了长足的进步。其中尤以日本半导体厂商ROHM最为突出。

为了在功率器件领域实现对硅的迅速替代,近日, ROHM宣布量产采用双沟槽结构的第三代SiC-MOSFET器件。与已经在量产中的平面型SiC-MOSFET相比,同一芯片尺寸的导通电阻可降低50%,这将大幅降低太阳能发电用功率调节器和工业设备用电源、工业用逆变器等所有相关设备的功率损耗。

SiC器件是未来

与低一级的Si相比,碳化硅有诸多优点:有高10倍的电场强度,高3倍的热导率,宽3倍禁带宽度,高1倍的饱和漂移速度。因为这些特点,用SiC制作的器件可以用于极端的环境条件下,微波及高频和短波长器件是目前已经成熟的应用市场,而在军用相控阵雷达、通信广播系统中,用SiC做为衬底的高亮度蓝光LED则是全彩色大面积显示屏的关键器件。

根据Lux研究公司预测,2024年分立功率电子器件市场规模将达230亿美元,将从目前的130亿美元规模增长77%。

虽然,硅基器件仍将是主要的技术选择,约占市场总额的87%。但是,新的碳化硅和氮化镓技术将增长迅速,年均增长率将分别达到30%和32%,两者在2024年将占分立功率电子市场总额的13%。

需要明白的是,尽管碳化硅和氮化镓快速发展,但仍然仅占整体市场份额的很小一部分。对于碳化硅,高成本将使碳化硅晶体管在很多方面不具备可行性,而对于氮化镓,生产交付延迟和产能扩大则阻碍了其应用。


ROHM的SiC发展历程

据ROHM半导体(深圳)有限公司 分立元器件部 高级经理 水原德健先生介绍,ROHM在2002年的时候,开始做SiC的基础实验。

2009年,ROHM收购了SiC晶圆供应商德国的SiCrystal公司,而前期和后期工序都集中在ROHM分公司完成,从而确立了SiC器件一条龙的生产体系。

作为一家日资企业,ROHM始终秉承着“质量第一”的方针。ROHM“一条龙”的生产体制保证其从硅锭的采集到晶圆生产、IP内核设计、光掩模制造、引线框架制作到最后产品的各种封装都是在自己工厂完成,就连整个半导体生产设备都是靠自主研发。

2012年,罗姆推出了全球第一个SiC模组。2010年4月推出日本第一个SiC肖特基二体管,同年12月份推出SiC-MOSFET器件。

目前市场上被广泛采用的SiC-MOSFET器件就是ROHM的平面SiC-MOSFET。现在,ROHM也是全球首家推出沟槽型MOSFET器件的公司。


※图片来源:ROHM Co., Ltd.

自主研发的“沟槽型结构”

SiC器件和普通硅的产品相比,有三个最重要的特性:第一个就是它的高压特性,它的高压特性会比硅更好一些;接下来就是高频特性;再就是高温特性。最主要是这三个特性比Si要优越。也正因为如此,SiC器件可以实现高性能化,高频率化。

水原德健先生表示:“影响SiC-MOSFET器件效率主要有两个因素,一个是导通损耗,另外一个是开关损耗。损耗越小,也就是这个产品效率越高。我们在生产半导体元器件的时候,最主要的课题就是怎样使损耗降到最低。把损耗降到最低,也就是产品提高产品的效率。

此次,ROHM新推出的SiC的Trench MOSFET(沟槽型MOSFET),是ROHM的第三代产品。

为什么能够首先实现沟槽型SiC功率MOSFET的量产呢? 水原德健先生认为主要原因在于采用了ROHM自主开发的沟槽构造。采用沟槽构造可以削减导通电阻,这点以前就广为人知。但是,普通单沟槽构造存在一个问题,就是极沟槽的底部会发生电场集中现象,有损长期可靠性。而新产品采用了ROHM自主开发的“双沟槽”构造,由此缓和了电场集中现象。

改变SiC市场格局

跟IGBT模块相比,第三代产品的开关损耗可以降低77%,跟第二代的平面MOSFET模块相比,第三代产品的开关损耗可以降低42%,这是到现在为止最节能的SiC的沟槽型 MOSFET模块。

这些产品最主要应用的场合是电源,电源用的比较多;接下来很大的领域就是太阳能;还有一个领域就是汽车行业,比如汽车的充电桩。当然,随着电压做得越来越大,今后更多会用到铁路、风力发电上。现在的主要市场领域是电源、太阳能和各种产业电机和一些汽车。

“此次,采用可最大限度发挥SiC特性的沟槽结构的SiC-MOSFET在全球率先实现量产,其意义巨大,可以说是划时代的里程碑。该SiC-MOSFET是兼备极其优异的低损耗特性与高速开关特性的最高性能的功率晶体管,功率转换时的效率更高,可“毫无浪费”地用电,其量产将为太阳能发电用功率调节器和工业设备用电源等所有设备进一步实现节能化、小型化、轻量化做出贡献。”水原德健先生如是说。

ROHM此次首先推出的产品的产品电压是650伏和1200伏,但是ROHM并不会止步于此,今后还会推出1700伏的产品,主要应用于铁路或者是风能领域。

“太阳能和风能最大的区别,就是大多数的太阳能其实1200伏的产品就可以对应了,但是风能必须要1700伏,甚至3300伏。再比如说,家用车一般650伏左右就可以,但是如果大巴要1200伏,高铁上面可能就要1700伏或3300伏或更大。ROHM这个产品不仅仅局限于650伏和1200伏,1700伏的产品也在开发中,包括各种各样大电流的模块也都在开发中。” 水原德健先生在谈到今后ROHM产品线的发展规划时表示。

随着碳化硅材料和器件技术的进一步提升,碳化硅器件价格将逐步下降,成熟的碳化硅晶体管将在未来几年内进入市场,并形成一定规模,可能为电力电子技术的发展带来革命性的变化。

近年来,ROHM一直在提倡四大市场发展战略,其中就有以SiC为核心的元器件技术及依据功率IC的控制技术,以及将二者合二为一的模块技术,融合这三项技术,不断为节能环保做出贡献的“功率元器件战略”。凭借着这一战略,ROHM必将不断地为中国用户提供着引领世界功率器件的最新产品,也必定能够进一步推动SiC市场的发展和产品的普及!
 

关键字:SiC-MOSFET  ROHM  SiC

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/2015/0713/article_26198.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
SiC-MOSFET
ROHM
SiC

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved