隨著新能源汽車、光伏、充電樁等應(yīng)用對系統(tǒng)效率的不斷追SiC功率器件市場規(guī)模：特斯拉是業(yè)界首個在電動汽車逆變器中采用SiC的車企，2018年，逆變器將電池的直流電轉(zhuǎn)化為電機所用的交流電，半絕緣型襯底主要用于制造氮化鎵射頻器件等（1）布置空間受限（Limited）；-40℃~105℃);）；（4）可靠性要求高（Higher）；（5）通常為水冷（體積小Water（6）需要精確的力矩控制，要求動態(tài)性能較好（High）；SiC碳化硅是由碳元素和硅元素組成的一種化合物半導(dǎo)體材是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一。碳化硅器件的核心優(yōu)勢在于：壓，帶來更小尺寸的產(chǎn)品設(shè)計和更高的效率；有效提高開關(guān)速度（大約是SiC的3-10倍），能達到更高更高開關(guān)速度；（1）擊穿場強×10（2）禁帶寬度×3，極低的本征載流子濃度，耐高壓、高溫能力（3）熱導(dǎo)率×3，散熱能力提升，有助于提升功率密度在多個領(lǐng)域逐漸實現(xiàn)替代，可靠性與成本是商業(yè)化極硬材料，新莫氏硬度：13（鉆石15）Si-MOSFET和SiC-MOSFET結(jié)構(gòu)單元比較：（1）與Si器件相比，SiC器件大大提高了工作性能（2）每一代SiC器件都接近理論極限（3）來自不同供應(yīng)商的最先進的SiCMOSFET達到了同類產(chǎn)品的（1）低導(dǎo)通損耗（2）低開關(guān)損耗SiC逆變器的系統(tǒng)級效益：（1）高效率：在不犧牲車輛續(xù)航里程的情況下降低電池容量（2）簡化且更緊湊的冷卻系統(tǒng)鋰離子電池尺寸和容量減少+保持續(xù)航里程相比傳統(tǒng)硅基材料，SiC各項性能指標(biāo)優(yōu)勢明顯：車系統(tǒng)成本：容量，降低電池成本；（2）SiCMOSFET的高頻特性可使得逆變器線圈、電容小型化，電驅(qū)尺寸得以大幅減??；（3）SiCMOSFET可承受更高電壓，在電機功率相同的情況下可SiC器件相比Si基器件的優(yōu)勢：（1）導(dǎo)通電阻小（Lowresistance）：是Si基器件的1/3～1/5；（2）可高溫工作（Hightemp.是Si基器件的1.5～2倍；（3）可高速開關(guān)（Highfrequency）：是Si基器件的3～5倍主流SiC功率器件結(jié)構(gòu)：受工藝成熟度與穩(wěn)定性影響，溝槽柵器件暫時并沒溝槽型器件寄生電感極低，開關(guān)速度快，損耗低，器SiC行業(yè)存在的問題：（1）SiC襯底制備成本高（2）高端技術(shù)和人才缺乏（3）國外技術(shù)封鎖（4）外延設(shè)備國產(chǎn)化率低（5）產(chǎn)品良率低SiC技術(shù)降本路徑：（1）擴大晶圓尺寸。從6寸晶圓轉(zhuǎn)向8寸晶圓，SiC芯片（32mm2)數(shù)量有望從448顆增加到845顆；能夠使整體碳化硅（2）改進SiC長晶技術(shù)，提升長晶速度。（3）應(yīng)用ColdSplit技術(shù)分割碳化硅晶圓，從而使單個晶圓芯片SiC器件應(yīng)用需要突破的限制：（1）突破現(xiàn)有模塊150℃限制（Packagelimitforh），）：（1）模塊布局（Modulelayout）（2）高溫封裝（Hightemp.packaging）（3）驅(qū)動設(shè)計（Gatedrivedesign）（4）保護設(shè)計（Sensor&protection）（5）高溫主回路（Busbardesign）平面封裝和雙面冷卻技術(shù)（Double）（1）低寄生電感：電壓過沖減?。?）高散熱能力：降低局部熱點溫度（3）柔性互聯(lián)/緩沖層：抗熱應(yīng)力能力提高（4）無鍵合線：功率循環(huán)可靠性提高雙面散熱（Double-sidedCooling）技術(shù)要點：（1）互連與散熱約束（2）高性能母排（3）散熱平衡設(shè)計（4）驅(qū)動板排布位置水冷，峰值功率122.5kW，體積3.5L產(chǎn)業(yè)鏈上游是襯底和外延，中游是器件和模塊制造，下產(chǎn)業(yè)鏈價值量倒掛，其中襯底制造技術(shù)壁壘最高、價值量最大，打磨、拋光得到碳化硅襯底；襯底經(jīng)過外延生長得將晶圓切割成die，經(jīng)過封裝得到器件，器件組合在一起放入特殊碳化硅單晶生長熱場存在溫度梯度，導(dǎo)致晶體生長過程中存在原碳化硅襯底無法直接加工，需要生長一層薄膜后再進行加工。現(xiàn)在所有的器件基本上都是在外延上實現(xiàn)，所以外延的在半絕緣型SiC襯底上生長氮化鎵外延層，成為異質(zhì)外延層；在導(dǎo)外延是一種常用的單晶薄膜制備技術(shù)，和Si器件工藝不同，幾乎所有的SiC電力電子器件工藝都是在4H-SiC同質(zhì)外延層上實現(xiàn)，現(xiàn)在SiC薄膜外延的方法主要有：化學(xué)氣相沉積（外延（MBE）、液相外延法（LPE）等，其中化學(xué)氣相SiC單晶方面主要三個難點：（1）生長溫度在2300℃以上，對溫度和壓力的控制要求高；（2）長晶速度慢，7天時間大約可生長2cm碳化硅晶棒；（3）晶型要求高、良率低，只有少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的單晶型碳化（1）能隙(Bandgapenergygap)或譯作能帶隙，在固態(tài)物理學(xué)（2）電子遷移率（electronmobility）是固體物理學(xué)中用于描）：模塊內(nèi)部采用的連接技術(shù)最常見的是焊接和鋁線互連，通鋁線是趨勢，但銅線直接鍵合到傳統(tǒng)的芯片金屬化會含了在銅片上的預(yù)涂銀層來保護芯片免受相對于鋁綁定高的鍵合力，同時將芯片電流產(chǎn)生的熱量均勻地分布到傳統(tǒng)焊料的熔點在220℃~240℃,在較高的運行溫度下會出現(xiàn)過（4）MOSFET和JFET的區(qū)別JFET是結(jié)型場效應(yīng)晶體管的首字母縮寫，由柵極、源極和漏極3（5）襯底和外延襯底定義：沿特定結(jié)晶方向切割、研磨、拋光，得到具襯底分類：從電化學(xué)性質(zhì)差異來看，碳化硅襯底材料可以）：（1）破除通流瓶頸，芯片并聯(lián)數(shù)量提高80%（Breakthelimit（2）依靠互感降低自感，總體寄生阻抗降低50%（Reduce（1）導(dǎo)電層從2層增加到4層，芯片并聯(lián)數(shù)量提高50%，寄生阻（2）多層DBC直接支撐，可使用雙面pinfin直焊，進一步降低熱試@150℃（Doublepulsetest）（1）2～3次焊接，與普通工藝一致（2～3solderingsteps）（2）功率端子可選擇使用超聲波焊接（Ultra-sonicbondingforterminal）小結(jié)：（1）平面封裝適用于電動汽車應(yīng)用中的sic器件（2）堆疊DBC方法可以提高功率模塊的功率密度