據(jù)南京發(fā)布近日消息，國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）歷時(shí)4年自主研發(fā)，成功攻關(guān)溝槽型碳化硅MOSFET芯片制造關(guān)鍵技術(shù)，打破平面型碳化硅MOSFET芯片性能“天花板”。據(jù)悉這是我國在這一領(lǐng)域的首次突破。
source:江寧發(fā)布
公開資料顯示，碳化硅是第三代半導(dǎo)體材料的主要代表之一，具有寬禁帶、高臨界擊穿電場、高電子飽和遷移速率和高導(dǎo)熱率等優(yōu)良特性。碳化硅MOS主要有平面結(jié)構(gòu)和溝槽結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)。目前業(yè)內(nèi)應(yīng)用主要以平面型碳化硅MOSFET芯片為主。
平面碳化硅MOS結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是工藝簡單，元胞一致性較好、雪崩能量比較高；缺點(diǎn)是當(dāng)電流被限制在靠近P體區(qū)域的狹窄N區(qū)中，流過時(shí)會(huì)產(chǎn)生JFET效應(yīng)，增加通態(tài)電阻，且寄生電容較大。
溝槽型結(jié)構(gòu)是將柵極埋入基體中，形成垂直溝道，特點(diǎn)是可以增加元胞密度，沒有JFET效應(yīng)，溝道晶面可實(shí)現(xiàn)最佳的溝道遷移率，導(dǎo)通電阻比平面結(jié)構(gòu)明顯降低；缺點(diǎn)是由于要開溝槽，工藝更加復(fù)雜，且元胞的一致性較差，雪崩能量比較低。
“關(guān)鍵就在工藝上。”國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）技術(shù)總監(jiān)黃潤華介紹，碳化硅材料硬度非常高，改平面為溝槽，就意味著要在材料上“挖坑”，且不能“挖”得“坑坑洼洼”的。在制備過程中，刻蝕工藝的刻蝕精度、刻蝕損傷以及刻蝕表面殘留物均對碳化硅器件的研制和性能有致命影響。
對此，國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）組織核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)和全線配合團(tuán)隊(duì)，歷時(shí)4年，不斷嘗試新工藝，最終建立全新工藝流程，突破“挖坑”難、穩(wěn)、準(zhǔn)等難點(diǎn)，成功制造出溝槽型碳化硅
MOSFET芯片，較平面型提升導(dǎo)通性能30%左右，目前中心正在進(jìn)行溝槽型碳化硅MOSFET芯片產(chǎn)品開發(fā)，推出溝槽型的碳化硅功率器件，預(yù)計(jì)一年內(nèi)可在新能源汽車電驅(qū)動(dòng)、智能電網(wǎng)、光伏儲(chǔ)能等領(lǐng)域投入應(yīng)用。
該突破對我們的生活和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有何加持作用呢？黃潤華以新能源汽車舉例介紹，碳化硅功率器件本身相比硅器件具備省電優(yōu)勢，可提升續(xù)航能力約5%；應(yīng)用溝槽結(jié)構(gòu)后，可實(shí)現(xiàn)更低電阻的設(shè)計(jì)。在導(dǎo)通性能指標(biāo)不變的情況下，則可實(shí)現(xiàn)更高密度的芯片布局，從而降低芯片使用成本。
生產(chǎn)一代、研發(fā)一代、預(yù)研一代，目前國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）已啟動(dòng)碳化硅超級結(jié)器件研究，“這個(gè)結(jié)構(gòu)的性能，比溝槽型結(jié)構(gòu)更優(yōu)更強(qiáng)，目前還在研發(fā)?！秉S潤華透露。（來源：全球半導(dǎo)體觀察）
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