電動汽車用IGBT與SiC MOSFET的技術(shù)發(fā)展對比

圖 RC-IGBT結(jié)構(gòu)?來源：富士電機、中車??

隨著技術(shù)的演進，IGBT正在從第6代精細溝槽技術(shù)和第7代超精細溝槽技術(shù)向7.5代175℃結(jié)溫溝槽技術(shù)過渡，重點在于微溝槽技術(shù)的提升。國產(chǎn)中車的主驅(qū)用車規(guī)級IGBT芯片的發(fā)展歷程顯示，現(xiàn)代IGBT技術(shù)的電流密度已經(jīng)達到約300A/㎝2，這一進展顯著提升了性能和效率。

圖?主驅(qū)用車規(guī)級IGBT芯片的發(fā)展歷程?來源：中車

在芯片設(shè)計方面，核心挑戰(zhàn)在于平衡導(dǎo)通損耗、關(guān)斷損耗、短路耐受能力及電流密度等性能參數(shù)之間的折衷關(guān)系。通過調(diào)整芯片的厚度和摻雜濃度，可以在降低損耗與保持良率及可靠性之間找到最佳平衡。目前的發(fā)展趨勢顯示，芯片設(shè)計可能傾向于犧牲一定的短路能力以降低損耗，實現(xiàn)性能與可靠性的最佳平衡。

圖 IGBT芯片設(shè)計折衷圖?來源：安森美

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與此同時，SiC MOSFET技術(shù)也在不斷發(fā)展，特別是從平面柵結(jié)構(gòu)到溝槽柵結(jié)構(gòu)的演變，有效降低了導(dǎo)通電阻。這一技術(shù)雖然需要進一步增強柵氧層的可靠性以確保長期穩(wěn)定，但在減少損耗和提高開關(guān)速度方面已展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。目前國際主流廠商普遍采用溝槽柵結(jié)構(gòu)，而國內(nèi)國內(nèi)生產(chǎn)的大多數(shù)仍為平面柵結(jié)構(gòu)。

圖 SiC MOS結(jié)構(gòu)發(fā)展及主流廠商溝槽結(jié)構(gòu)示意圖?參考資料：功率器件顯微鏡

在SiC（碳化硅）產(chǎn)業(yè)鏈中，襯底技術(shù)被認為是技術(shù)難度最高且價值最大的環(huán)節(jié)，是推動未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。目前，全球SiC襯底的生產(chǎn)主要由國外廠商控制，國內(nèi)則因SiC生產(chǎn)速度較慢（從單晶生長到形成襯底需要耗時1個月，從外延生長到晶圓前后段加工完成需要耗時6-12個月）等因素仍有待突破。

圖 SiC產(chǎn)業(yè)鏈?來源：華寶證券

相較于IGBT，SiC MOSFET展現(xiàn)出無拖尾電流、快速開關(guān)和低開關(guān)損耗的優(yōu)勢。特別是在輕載或小電流條件下，SiC MOSFET的主要電流路徑為MOS溝道，導(dǎo)致其壓降極小，而IGBT的最低壓降相對較高。因此，SiC MOSFET在輕載條件下具有明顯優(yōu)勢，但在重載條件下，IGBT的性能可能不會遜色于SiC MOSFET。

圖 IGBT和SiC性能對比?來源：bosch

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