沟槽就是战壕：英飞凌碳化硅CoolSiC™

战争在战壕中决出胜负，而沟槽就是我们的前线战壕。也就是说，前线奋战人员凭借他们的集体合作和努力决定最终的胜利。作为电源管理应用的设计工程师，本文的读者就是在这条“战壕”中奋战的人。这是一篇有关如何从中获胜的文章。

宽禁带 (WBG) 半导体是迈向节能时代的关键所在。WBG半导体可以实现更大的能源效率、更小的尺寸、更轻的重量和更低的整体成本。英飞凌是一家提供硅 (Si) 、碳化硅 (SiC) 、绝缘栅极双极晶体管 (IGBT) 和氮化镓 (GaN) 设备的公司。作为在碳化硅 (SiC) 技术开发领域拥有超过20年历史的知名电源供应商，英飞凌推出的产品可以满足人们对生成、传输和使用更智能、更高效能源的需求。他们还有多位专家，知道如何通过降低系统复杂性，来进一步降低系统成本和中小型高功率系统尺寸。

沟槽就是战壕：CoolSiC™

英飞凌的目标是将碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) 所具备的低RDS(on) 与安全氧化层场强条件下运行的栅极驱动器件结合起来。因此，英飞凌决定将沟槽型产品从缺陷密度较高的平面双扩散金属氧化物半导体 (DMOS) 设备转向更有利的表面技术方向， 可在低氧化层场强下获得低沟道电阻。这些边界条件是利用硅功率半导体领域质量保证方法的基础，目的是保证工业甚至是汽车应用中预期的故障率 (FIT)。因此，也就有了CoolSiC™产品。

在阻断模式下，碳化硅产品运行时的漏极感应场强要比对应的硅产品高得多（MV级而不是kV级）。因此，处于导通状态和截止状态下氧化层中的这种高场强会加速磨损。对截止状态下氧化层的应力，将采取深P区保护。对于导通状态，则使用厚氧化层来规避限制，以筛除薄氧化层残留的外部氧化层缺陷。CoolSiC™产品具有出色的可靠性、质量、多样性和系统优势。

CoolSiC™ MOSFET沟槽概念和优势包括：

低沟道电阻

栅极氧化层中的安全电场

抑制寄生导通

实现硬换向并提高浪涌电流的可靠性

JFET区域限制短路电流

RON简化了并行操作

Rg控制，并且允许独立的开关速度

CoolSiC™ MOSFET和二极管

英飞凌650V、1200V、1700VCoolSiC™ MOSFET分立器件非常适合硬开关和谐振开关拓扑（图1）。CoolSiC™ MOSFET基于先进的沟槽半导体工艺，经过优化可提供最低应用损耗和最高运行可靠性。该分立式产品组合采用TO和SMD外壳，额定的导通电阻为27mΩ至1000mΩ。CoolSiC™沟槽技术实现了灵活的参数设置，可用于在各个产品组合中实现特定于应用的功能，这些特性包括栅-源极电压、雪崩规格、短路能力或额定用于硬换向的内部体二极管。

图1：采用TO-247封装的650V CoolSiC™ MOSFET （资料来源：英飞凌）

英飞凌CoolSiC MOSFET采用分立封装，适合用于硬开关和谐振开关拓扑，例如功率因数校正 (PFC) 电路、双向拓扑和直流-直流转换器或直流-交流逆变器。即使桥接拓扑中关断电压为零时，出色的寄生导通抗扰度也可在低动态损耗方面树立基准。同轴结构 (TO) 和表面贴装 (SMD) 产品还引入了Kelvin源针脚，优化了开关性能。 英飞凌CoolSiC™肖特基二极管具有相对较高的导通电阻和漏电流（图2）。在SiC材料中，肖特基二极管可实现更高击穿电压。英飞凌的SiC肖特基产品组合包括600V和650V至1200V肖特基二极管。快速硅基开关与CoolSiC肖特基二极管的组合通常被称为“混合”解决方案。

图2：符合汽车标准的CoolSiC™肖特基二极管 （资料来源：英飞凌）

CoolSiC™ MOSFET模块 带有CoolSiC™MOSFET的功率模块为逆变器设计人员提供了新的机会，让他们可以实现前所未有的效率和功率密度（图3）。同样，碳化硅 (SiC) 可利用从45mOhm到2mOhm RDS(on)的拓扑范围，根据应用需求量身定制。1200V SiC MOSFET模块具有3级、双组、四组、六组或升压器等各种配置，可通过先进的沟槽设计、出色的开关和传导损耗实现优异的栅极氧化层可靠性。

图3：CoolSiC™MOSFET Easy1B和Easy2B（资料来源：英飞凌）

结论

SiC MOSFET具有两 (2) 种不同的结构类型：沟槽MOS和平面DMOS。英飞凌正在推动卓越的沟槽技术，以期轻松应用到所有应用中，并在保持可靠性的同时降低功耗。英飞凌CoolSiC™性能卓越，并且是性能和质量平衡的基准。英飞凌的栅极氧化层筛选工艺确保了产品可靠性。

英飞凌碳化硅CoolSiC™ MOSFET和二极管提供的产品组合可满足对生成、传输和使用更智能、更高效能量的需求。CoolSiC产品组合可满足客户在中高功率系统中对减小系统尺寸和降低成本的需求，同时符合高质量标准，可延长系统使用寿命，并确保可靠性。凭借CoolSiC，客户将能够实现严格的能效目标，同时降低操作系统成本。利用英飞凌科技的CoolSiC™ MOSFET和二极管，以沟槽作为作为取胜的战壕。

审核编辑黄宇