碳化硅何以英飞凌？—— SiC MOSFET性能评价的真相

在碳化硅（SiC）技术的应用中，许多工程师对SiC的性能评价存在误解，尤其是关于“单位面积导通电阻（Rsp）”和“高温漂移”的问题。作为“碳化硅何以英飞凌”的系列文章，本文将继续为您揭开这些误区的真相（误区一见：碳化硅何以英飞凌？—— 沟槽栅技术可靠性真相），并介绍英飞凌如何通过技术创新应对这些挑战。

常见误区2：

“SiC的性能主要看单位面积导通电阻Rsp，电阻越小，产品越好。

与平面栅相比，沟槽栅SiC的电阻在高温下漂移更大，这是否会影响可靠性”

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多元化的性能评价更全面

Rsp并非唯一评价标准

虽然Rsp越小，导通损耗越低，但SiC器件的终极目标是长期可靠地实现更高效率的能源转换。因此，除了导通损耗，开关损耗、封装技术、鲁棒性和可靠性同样重要。

开关损耗的重要性

芯片自身的损耗，主要取决于开关损耗和导通损耗。不同的应用两种损耗的比例非常不同，在高频硬开关应用中，开关损耗的占比等同于甚至可能超过导通损耗。英飞凌的第二代SiC技术，不仅在Rsp上领先，开关损耗也是业界最低的。（见对比图）

封装技术的优化

英飞凌原创的.XT超级扩散焊技术，取代了传统焊料层，显著降低30%的结壳热阻，应用中可提升15%的输出能力。此外，英飞凌模块的杂散电感设计也得到了优化，减少了尖峰电压的冲击与震荡。

鲁棒性和可靠性

鲁棒性，反应的是极端动态工况下的性能表现（长期满载、长期户外等恶劣环境），英飞凌的SiC产品已经拥有超过十年以上的光伏等户外场景的长期验证；

可靠性，是长期工作稳定性及使用寿命。英飞凌采用的是更为严苛、超越行业JEDEC标准的可靠性测试标准，再追加上我们筛选栅极氧化层缺陷的高效测试方法，英飞凌的可靠性足得到最大化的保障。

（关于可靠性的深入解读，请参考“碳化硅何以英飞凌”系列文章一）

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高温漂移的真相

沟槽栅SiC的导通电阻在高温下漂移更大，这是否会影响可靠性？

SiC材料的物理特性：

SiC的导通电阻（Rdson）构成中，有两个重要的参数：沟道（Channel）电阻和外延层+JFET（Drift+JFET）电阻。外延层和JFET电阻会随温度升高而上升，这是SiC材料的物理特性。

沟槽栅的温度特性：

沟槽栅的沟道电阻经过优化，电子就像在高速隧道中行驶，沟道电阻占比更小，因此外延层电阻占比更大，导致Rdson随温度升高而上升的现象更显著。这种正温度特性并不影响器件的可靠性。

平面栅的温度特性：

平面栅的水平沟道缺陷率较高，电子在通过时容易被捕获，但随着温度升高，电子的捕获-释放过程更加活跃，导致沟道电阻随温度上升而下降，补偿了外延层电阻的上升。这种温度漂移不明显的背后，其实只是两种电阻温度特性相互抵消后的表现而已。它恰恰证明了，平面栅的水平沟道缺陷带给导通性能的影响是客观存在的，这也会对碳化硅产品的可靠性产生隐患。

从平面栅厂家的最新发布数据中，平面栅的最新一代技术也在不断优化沟道电阻，优化后的平面栅，也被发现其最新技术的温度漂移会比上一代更明显。伴随更多的碳化硅器件厂家开始转向沟槽栅Trench技术，导通电阻的温度漂移现象会越来越常见。

理解温度漂移本身只是理解了参数现象，最终我们还是要解决客户的实际使用问题。为了便于客户设计，英飞凌CoolSiC MOSFET G2的规格书可以提供高温下导通电阻的最大值，让客户的设计减少不必要的降额设计，从而用足器件的最大出力。

结论

SiC性能评价原则是多元的，有开关损耗、导通损耗、封装热阻/杂感、鲁棒性及可靠性等。

高温漂移现象反映了SiC的物理特性，英飞凌为用户提供全面完善的设计参数，便于更高效地用足器件性能。

致力节能减排，共达零碳未来

“高质量就是低成本，低质量就是高成本”，这是我近期从国内一家大客户那里学习到的产业洞察。真正能够穿越周期的高能效碳化硅技术，底层逻辑离不开值得信赖的高可靠性和高质量。高质量才是高能效，高性价比离不开高可靠性。

“不是因为希望所以才坚持，而是因为坚持才能看到希望”。英飞凌秉持长期主义，并致力于成为低碳化转型时代的首选零碳技术创新伙伴。为了达到这一目标，英飞凌不断迭代优化产品设计，2024年推出了第二代Gen 2 CoolSiC MOSFET，除了保持英飞凌一贯以来的高可靠性标准，更适应多元化的评价体系，Gen 2的Rdson*A持续降低，开关损耗进一步优化，最高结温达到200℃，采用先进的.XT封装技术，抗短路能力2微秒，综合性能更上一层楼。接下来我们将会有一系列文章来介绍Gen 2 CoolSiC MOSFET的性能及应用，敬请关注。