記者日前從國家第三代半導體技術創(chuàng)新中心(南京)獲悉,中心歷時4年自主研發(fā),成功攻關溝槽型碳化硅MOSFET芯片制造關鍵技術,打破平面型碳化硅MOSFET芯片性能“天花板”。這是我國在這一領域的首次突破。
碳化硅是第三代半導體材料的代表性材料,具有寬禁帶、高臨界擊穿電場、高電子飽和遷移速率和高導熱率等優(yōu)良特性。目前業(yè)內(nèi)應用主要以平面型碳化硅MOSFET芯片為主。而溝槽柵結(jié)構(gòu)的設計比平面柵結(jié)構(gòu)具有明顯性能優(yōu)勢,可實現(xiàn)更低的導通損耗、更好的開關性能、更高的晶圓密度,從而大大降低芯片使用成本,卻一直以來受限于制造工藝,溝槽型碳化硅MOSFET芯片產(chǎn)品遲遲未能問世、應用。
“關鍵就在工藝上?!眹业谌雽w技術創(chuàng)新中心(南京)技術總監(jiān)黃潤華介紹,碳化硅材料硬度非常高,改平面為溝槽,就意味著要在材料上“挖坑”,且不能“挖”得“坑坑洼洼”的。在制備過程中,刻蝕工藝的刻蝕精度、刻蝕損傷以及刻蝕表面殘留物均對碳化硅器件的研制和性能有致命影響。
對此,國家第三代半導體技術創(chuàng)新中心(南京)組織核心研發(fā)團隊和全線配合團隊,歷時4年,不斷嘗試新工藝,最終建立全新工藝流程,突破“挖坑”難、穩(wěn)、準等難點,成功制造出溝槽型碳化硅MOSFET芯片,較平面型提升導通性能30%左右,目前中心正在進行溝槽型碳化硅MOSFET芯片產(chǎn)品開發(fā),推出溝槽型的碳化硅功率器件,預計一年內(nèi)可在新能源汽車電驅(qū)動、智能電網(wǎng)、光伏儲能等領域投入應用。
對老百姓生活有何影響?黃潤華以新能源汽車舉例介紹,碳化硅功率器件本身相比硅器件具備省電優(yōu)勢,可提升續(xù)航能力約5%;應用溝槽結(jié)構(gòu)后,可實現(xiàn)更低電阻的設計。在導通性能指標不變的情況下,則可實現(xiàn)更高密度的芯片布局,從而降低芯片使用成本。
據(jù)悉,市場調(diào)研機構(gòu)Yole保持對碳化硅功率器件市場的長期看好,該公司預計到2029年,碳化硅功率器件市場規(guī)模將達到100億美元,2023年至2029年年復合增長率為25%。
生產(chǎn)一代、研發(fā)一代、預研一代。記者還了解到,目前國家第三代半導體技術創(chuàng)新中心(南京)已啟動碳化硅超級結(jié)器件研究,“這個結(jié)構(gòu)的性能,比溝槽型結(jié)構(gòu)更優(yōu)更強,目前還在研發(fā)?!秉S潤華透露。