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5-kV SiC深埋植入超级结MOSFET
5-kV SiC Deep-Implanted Superjunction MOSFETs
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 5kV SiC超结MOSFET 深注入 超高能注入 导通电阻 |
语言:
中文摘要
本文介绍了 5kV 深度注入碳化硅（SiC）超结（SJ）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）的研发与特性表征。在这些开关器件中，采用三轮外延过生长和超高能注入（UHEI）工艺形成了深度为 36μm 的 n 型和 p 型 SJ 柱。我们成功制造出柱间距分别为 8μm、10μm 和 12μm 的 SJ MOSFET，在室温下实现了 9.5mΩ·cm²的比导通电阻（Rₒₙ,ₛₚ），比 SiC 单极极限低 25%。这些器件还展现出在 5.1kV 下的尖锐雪崩击穿特性，且漏电流密度较低。
English Abstract
This work presents the development and characterization of 5kV deep-implanted SiC superjunction (SJ) MOSFETs. In these switches, the 36 m deep n-type and p-type SJ pillars were formed using three rounds of epitaxial overgrowth and ultra-high-energy implantation (UHEI). We successfully fabricated SJ MOSFETs with pillar pitches of 8 m, 10 m, and 12 m, achieving an R _ {on,sp} of 9.5 m cm2 at room temperature, which is 25% below the SiC unipolar limit. The devices also demonstrated sharp avalanche breakdown at 5.1kV with low leakage current density.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项5kV SiC超级结MOSFET技术具有重要的战略价值。该技术通过深注入工艺实现的超级结结构，将比导通电阻降至9.5 mΩ·cm²，突破了SiC单极型器件理论极限25%，这对我们在大功率光伏逆变器和储能变流器领域的产品竞争力提升具有直接意义。
在光伏1500V系统和正在推进的3000V高压直流系统中，5kV耐压等级的功率器件能够提供充足的安全裕度。更低的导通电阻意味着系统损耗可显著降低，这将直接提升我们逆变器产品的转换效率0.2-0.3个百分点，在兆瓦级应用中可转化为可观的发电量提升。同时，器件展现的尖锐雪崩击穿特性和低漏电流密度，有助于增强系统在电网故障等极端工况下的可靠性。
该技术采用的三轮外延生长配合超高能离子注入工艺，形成36μm深的超级结柱，展现了较高的工艺成熟度。然而从产业化角度，我们需要关注几个关键问题：首先是超高能注入设备的可获得性和成本；其次是多轮外延工艺对良率和生产周期的影响；第三是器件在高温、高频开关等实际工况下的长期可靠性验证。
建议我们的技术团队与该技术团队建立联系，评估在下一代集中式逆变器和储能PCS产品中的应用可行性。同时可考虑将此类超级结技术纳入我们的功率半导体技术路线图，作为向更高电压等级和更高功率密度演进的重要技术储备。这项技术若能成功产业化，将为我们在全球高端电力电子市场的竞争中提供差异化优势。