如何增强SiC功率器件的性能与可靠性？

电动汽车 (EV) 市场的快速增长推动了对下一代功率半导体的需求，尤其是对碳化硅 (SiC) 半导体的需求尤为强劲。事实上，至少在本世纪下半叶之前，SiC功率器件可能会供不应求。而随着 SiC 衬底应用于 SiC 功率器件，衬底质量和制造技术方面取得了哪些进步，以提高器件性能、减少缺陷并增强可靠性？为了优化未来 SiC 功率器件的衬底特性，还需要哪些改进和发展？

SiC的可靠性挑战

SiC 是硅和碳的化合物，与硅相比有许多优点。SiC 芯片可以在更高温度下运行，并能有效处理更高电压，从而增强电动汽车的功率密度和热管理性能，因此可以加快充电速度、延长行驶里程，并改善整体性能。

在汽车这种高可靠性应用中，SiC的器件缺陷会造成极大的安全隐患，因此，对SiC器件的可靠性与缺陷的研究非常重要。通常来说，影响 SiC 可靠性和器件性能的缺陷通常可以按严重程度分为两种，分别是致命缺陷和非致命缺陷。考虑到应用背景和造成缺陷的原因，我们需要关注SiC 衬底、SiC 研磨和抛光以及SiC 外延——这是可能导致缺陷的三个方面。

业界可能已经解决了一般出现在衬底中和外延之后的许多致命缺陷。非致命缺陷是指通常不会导致严重后果，但会增加潜在风险的缺陷。安森美 (onsemi)已开发多种基于算法的方法，以便晶圆厂在处理材料的过程中筛选出有缺陷的器件。此外，我们还进行了垂直整合，从衬底、外延和器件制造三个方面缩短反馈循环。

事实上，在业界当前主流的 6 英寸晶圆上，这些问题已经得到妥善解决。我们的挑战在于将这一解决方案拓展至 8 英寸晶圆。为此，不仅要考虑与原有尺寸晶圆相同的问题，还要考虑 8 英寸晶圆特有的翘曲和弯曲问题。

从这个角度来看，安森美致力于不断缩短反馈循环以提高器件的性能。此外，我们还重视针对特定应用开发经优化的碳化硅技术。这意味着我们要解决汽车、工业应用等不同领域的问题，而且需要有不同的技术。

垂直整合的优势是什么？

正如前文所说，垂直整合的运营模式是安森美提高产品可靠性的法宝。但是，很多供应商的制造链往往不是垂直整合的。有些供应商提供器件，但没有能力在内部制造 SiC 晶锭（而是从公开市场购买晶锭和衬底晶圆）。有些供应商内部提供 SiC 晶锭，但缺乏内部封装能力。这样一来，汽车公司最终只能得到未经优化的方案，遭遇芯片过热、电阻过高或导热性差等问题。而且前几代产品的成本也会较高，并且质量较低，通常含有寄生效应。

具有前瞻性思维的电动汽车 OEM 和一级供应商发现，优化性能、降低成本和减轻风险的更可靠方法是向垂直整合的供应商采购 SiC 功率器件。

4分钟速览垂直整合对于保证产品性能和供应的优势

垂直整合本质上是晶锭、芯片和封装三位一体的解决方案。真正垂直整合的供应商会围绕能力、产能和成本进行优化。所谓能力，主要体现在以下几个方面：

电动汽车市场的 SiC 功率器件供应商需要具备广泛的专业知识和经验，以满足这个快速发展的行业的苛刻要求。首先，他们必须对 SiC 特定的半导体材料和制造工艺有深入的了解。这包括晶体生长、外延和晶圆加工技术方面的专业知识，以确保实现高质量的芯片生产。

透彻理解电力电子和电路设计也很重要。SiC 功率器件用于高电压和高功率应用，因此供应商必须精通电路设计和优化技巧，以高效实现电源转换和管理。

热管理方面的专业知识同样重要。鉴于 SiC 芯片的电流密度较高，供应商必须具备开发高效散热方案的专业知识，以使芯片保持理想的性能和可靠性。

深入了解电动汽车市场的独特要求和标准至关重要。供应商需要考虑汽车安全性、耐用性以及与其他电动汽车元器件的兼容性等因素，确保其 SiC 功率器件满足电动汽车制造商的严格要求。

SiC 制造是一个复杂的过程，会引入缺陷和寄生效应。垂直整合意味着供应商在生产线启动时，即在晶体生长阶段就能识别缺陷，发现有缺陷的芯片，避免其进入后续生产。垂直整合供应商拥有整个SiC 链，因此从一开始就会使用测试、可追溯性和质量保证来减少早期故障。

审核编辑：刘清