近日，九峰山實(shí)驗(yàn)室在碳化硅超結(jié)領(lǐng)域取得新進(jìn)展：完成具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳化硅多級(jí)溝槽超結(jié)器件新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，形成了自主可控的成套工藝技術(shù)。優(yōu)化后的超結(jié)肖特基二極管可以實(shí)現(xiàn)2000V以上的耐壓，比導(dǎo)通電阻低至0.997m?·c㎡，打破了碳化硅單極型器件的一維極限，同時(shí)該超結(jié)器件的多級(jí)溝槽刻蝕核心工藝研發(fā)也已完成。
早在8月1日，九峰山實(shí)驗(yàn)室官微發(fā)布消息稱，6寸碳化硅（SiC）中試線全面通線，首批溝槽型MOSFET器件晶圓下線。實(shí)驗(yàn)室已具備碳化硅外延、工藝流程、測(cè)試等全流程技術(shù)服務(wù)能力。
碳化硅（SiC）溝槽結(jié)構(gòu)因其可增加單元密度等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是碳化硅MOSFET器件未來(lái)的主流設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)尚處于追趕階段。
九峰山實(shí)驗(yàn)室工藝中心團(tuán)隊(duì)在充分調(diào)研及大量驗(yàn)證測(cè)試的基礎(chǔ)上，充分梳理關(guān)鍵工藝及工藝風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，周密制定開(kāi)發(fā)計(jì)劃，在4個(gè)月內(nèi)持續(xù)續(xù)攻克碳化硅（SiC）器件刻蝕均一性差、注入后翹曲度高、柵極底部微溝槽等工藝難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自主IP的碳化硅（SiC）溝槽技術(shù)布局，解決了一直困擾業(yè)界的溝槽型碳化硅MOSFET器件的多項(xiàng)工藝難題。
碳化硅溝槽MOSFET技術(shù)
溝槽式碳化硅MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一種基于碳化硅材料的MOSFET器件。碳化硅是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有高電子遷移率、高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度和高熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，適用于高功率和高溫應(yīng)用。
溝槽式碳化硅MOSFET的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的溝道式MOSFET類似，都包括源極、漏極和柵極。其中，碳化硅材料作為溝道區(qū)域，負(fù)責(zé)電子傳輸。柵極通過(guò)外加電壓控制溝道區(qū)域的導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。溝槽式結(jié)構(gòu)則是指在溝道區(qū)域形成一系列的溝槽，增加了器件的表面積，提高了電流密度和功率處理能力。
溝槽式碳化硅MOSFET具有以下特點(diǎn)：高電子遷移率、高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率、低導(dǎo)通電阻和高頻特性好等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于高功率電子設(shè)備、電力電子和汽車電子等領(lǐng)域，如電力轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)汽車充電器等。
圖源：Carbontech
碳化硅多級(jí)溝槽超結(jié)器件
碳化硅多級(jí)溝槽超結(jié)器件是一種基于碳化硅材料的功率器件，它結(jié)合了多級(jí)結(jié)構(gòu)和溝槽設(shè)計(jì)，以提高器件的性能和效率。
多級(jí)結(jié)構(gòu)：采用多級(jí)結(jié)構(gòu)可以增加器件的擊穿電壓和降低導(dǎo)通電阻?？梢栽O(shè)計(jì)多個(gè)PN結(jié)層次，形成串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，提高整體器件的擊穿電壓。多級(jí)結(jié)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)更好的電流均衡，減少電流集中現(xiàn)象，提高器件的可靠性和穩(wěn)定性。
碳化硅多級(jí)溝槽超結(jié)器件的工作原理是通過(guò)多個(gè)PN結(jié)層次的串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓。溝槽結(jié)構(gòu)增加了器件的表面積，提高了電流密度和功率處理能力。在工作時(shí)，外加電壓控制溝槽中的電子傳輸，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。由于碳化硅材料的優(yōu)點(diǎn)，這種器件具有高效率、高可靠性和高性能的特點(diǎn)。
?SiC多級(jí)溝槽JBS結(jié)構(gòu)示意圖及電場(chǎng)仿真（圖源：九峰山實(shí)驗(yàn)室）
九峰山實(shí)驗(yàn)室
九峰山實(shí)驗(yàn)室專注于寬禁帶半導(dǎo)體新型功率器件技術(shù)研究。從材料基礎(chǔ)，器件工藝，器件結(jié)構(gòu)和可靠性等共性技術(shù)問(wèn)題出發(fā)，重點(diǎn)突破了下一代碳化硅溝槽器件技術(shù)、新型SiC溝槽MOSFET及成套工藝技術(shù)、新型氧化鎵器件及制備技術(shù)等。這些核心器件技術(shù)的研究將為未來(lái)新能源汽車，高效率高功率密度的光伏風(fēng)能等電力系統(tǒng)提供重要的技術(shù)支撐。
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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：九峰山實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)碳化硅超結(jié)器件突破：耐壓2000V以上，導(dǎo)通電阻創(chuàng)新低