【導讀】眾所周知
，“挖坑”是英飛淩的祖傳手藝。在矽基產品時代
，英飛淩的溝槽型IGBT（例如TRENCHSTOP係列）和溝槽型的MOSFET就獨步天下。在碳化矽的時代
，市麵上大部分的SiC MOSFET都是平麵型元胞，而英飛淩依然延續了溝槽路線。難道英飛淩除了“挖坑”，就不會幹別的了嗎？非也。因為SiC材料獨有的特性，SiC MOSFET選擇溝槽結構
，和IGBT是完全不同的思路。咱們一起來捋一捋。

關於IGBT使用溝槽柵的原因及特點，可以參考下麵兩篇文章：

●   英飛淩芯片簡史

●   平麵型與溝槽型IGBT結構淺析

MOSFET全稱金屬-氧化物半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。MOSFET的簡化結構如下圖所示：矽片表麵生長一層薄薄的氧化層
，其上覆蓋多晶矽形成門極
，門極兩側分別是Nxingzhurudeyuanjihelouji。dangmenjishangshijiadedianyagaoyuyuzhidianyashi，menjiyanghuacengxiamianjiuxingchengleqiangfanxingcenggoudao。zheshizaigeilouyuanjizhijianshijiayigezhengya

，dianzijiukeyicongyuanjijingguofanxingcenggoudao，yuanyuanbuduandiliudaolouji。dianliujiuzheyangxingchengle。

功率MOSFET為了維持較高的擊穿電壓

，將漏極放在芯片背麵，整個漂移層承受電壓。功率MOSFET的導通電阻，由幾部分構成：源極金屬接觸電阻
、溝道電阻
、JFET電阻、漂移區電阻、loujijinshujiechudianzu。shejirenyuanzongshiyaoqianfangbaijidijiangdidaotongdianzu

，jinerjiangdiqijiansunhao。duiyugaoyaguijigonglvqijianlaishuo
，weileweichibijiaogaodejichuandianya
，yibanxuyaoshiyongjiaodichanzalvyijibijiaokuandepiaoyiqu
，yincipiaoyiqudianzuzaizongdianzuzhongzhanbijiaoda。tanhuaguicailiaolinjiedianchangqiangduyueshiguide10倍
，因此碳化矽器件的漂移區厚度可以大大降低。對於1200V及以下的碳化矽器件來說，溝道電阻的成為總電阻中占比最大的部分。因此，減少溝道電阻是優化總電阻的關鍵所在。

再來看溝道電阻的公式。

式中：

Lchannel：溝道長度
，

Wchannel：溝道寬度

，

COX：柵氧電容，

μn,channel：溝道電子遷移率

從上式可以看出，溝道電阻和溝道電子遷移率（μn,channel）成反比。溝道形成於SiO2界麵處
，因此SiO2界jie麵mian質zhi量liang對dui於yu溝gou道dao電dian子zi遷qian移yi率lv有you直zhi接jie的de影ying響xiang。通tong俗su一yi點dian說shuo，電dian子zi在zai溝gou道dao中zhong流liu動dong，好hao比bi汽qi車che在zai高gao速su公gong路lu上shang行xing駛shi。路lu麵mian越yue平ping整zheng，車che速su就jiu越yue快kuai。如ru果guo路lu麵mian全quan是shi坑keng，汽qi車che就jiu不bu得de不bu減jian速su。而er不bu幸xing的de是shi，碳tan化hua矽gui材cai料liao形xing成cheng的deSiC-SiO2界麵，缺陷密度要比Si-SiO2高得多。這些缺陷在電子流過會捕獲電子，電子遷移率下降，從而溝道電阻率上升。

平麵型器件怎麼解決這個問題呢？再看一下溝道電阻的公式，可以看到有幾個簡單粗暴的辦法：提高柵極電壓Vgs
，或者降低柵極氧化層厚度
，或者降低閾值電壓Vth。前兩個辦法
，都會提高柵極氧化層中的電場強度，但太高的電場強度不利於器件的長期可靠性(柵氧化層的擊穿電壓一般是10MV/cm，但4MV/cm以上的場強就會提高器件長期潛在失效率)。如果器件的閾值電壓Vth太低，在實際開關過程中，容易發生寄生導通。更嚴重的是
，閾值電壓Vth會隨著溫度的升高而降低，高溫下的寄生導通問題會更明顯。

平麵型SiC MOSFET柵氧薄弱點

haoxiangjinrudaoyigejintuiliangnandejingdile？biewangle
，tanhuaguishigexiangyixingdejingti，butongdejingmian，qitaimiduyeshibutongde。yingfeilingjiuzhaodaoleyigejingmian，zhegejingmianyuchuizhifangxiangyou4°的夾角
，在這個晶麵上生長SiO2, 得到的缺陷密度是最低的。這個晶麵接近垂直於表麵，於是，英飛淩祖傳的”挖坑”手藝
，就派上用場了。CoolSiC™ MOSFET也就誕生了。需要強調一下，不是所有的溝槽型MOSFET都是CoolSiC™! CoolSiC™是英飛淩碳化矽產品的商標。CoolSiC™ MOSFET具有下圖所示非對稱結構。

CoolSiC™  MOSFET使用溝槽有什麼好處？

shouxian，chuizhijingmianquexianmidudi
，goudaodianziqianyilvgao。suoyi，womenkeyishiyongxiangduibijiaohoudezhajiyanghuaceng，tongyangshixianhendidedaotongdianzu。yinweiyanghuacengdehoudubijiaohou，bulunkaitonghaishiguanduanzhuangtaixia，tachengshoudechangqiangdoubijiaodi
，suoyiqijiankekaoxingheshoumingdougenggao。xiatubijiaoleyingfeilingCoolSiC™ MOSFET與矽器件，以及其它品牌SiC MOSFET的柵氧化層厚度對比。可以看到，CoolSiC™ MOSFET 柵氧化層厚度為70nm，與Si器件相當。而其它平麵型SiC MOSFET柵氧化層厚度最大僅為50nm。如果施加同樣的柵極電壓
，平麵型的SiC MOSFET柵氧化層上的場強就要比溝槽型的器件增加30%左右。

而且，CoolSiC™ MOSFET閾值電壓約為4.5V，在市麵上屬於比較高的值。這樣做的好處是在橋式應用中，不容易發生寄生導通。下圖比較了英飛淩CoolSiC™ MOSFET與(yu)其(qi)它(ta)競(jing)爭(zheng)對(dui)手(shou)的(de)閾(yu)值(zhi)電(dian)壓(ya)，以(yi)及(ji)在(zai)最(zui)惡(e)劣(lie)工(gong)況(kuang)下(xia)
，由(you)米(mi)勒(le)電(dian)容(rong)引(yin)起(qi)的(de)柵(zha)極(ji)電(dian)壓(ya)過(guo)衝(chong)。如(ru)果(guo)米(mi)勒(le)電(dian)壓(ya)過(guo)衝(chong)高(gao)於(yu)閾(yu)值(zhi)電(dian)壓(ya)，意(yi)味(wei)著(zhe)可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)寄(ji)生(sheng)導(dao)通(tong)。英(ying)飛(fei)淩(ling)CoolSiC™ 器件的米勒電壓低於閾值電壓，實際應用中一般不需要米勒鉗位，節省驅動電路設計時間與成本。

要說給人挖坑容易，給SiC“挖坑”，可就沒那麼簡單了。碳化矽莫氏硬度9.5
，僅次於金剛石。在這麼堅硬的材料上不光要挖坑，還要挖得光滑圓潤。這是因為
，溝槽的倒角處
，是電場最容易集中的地方
，CoolSiC™ 不光完美處理了倒角，還上了雙保險
，在溝槽一側設置了深P阱。在器件承受反壓時，深P阱可以包裹住溝槽的倒角
，從而減輕電場集中的現象。

深P阱的另一個功能，是作為體二極管的陽極。通常的MOSFET體二極管陽極都是由P基區充當，深P阱的注入濃度和深度都高於P基區
，可以使體二極管導通壓降更低
，抗浪湧能力更強。

好的，CoolSiC™  MOSFET就先介紹到這裏了。CoolSiC™  MOSFET不是單純的溝槽型MOSFET，它在獨特的晶麵上形成溝道
，並且有非對稱的深P阱結構，這使得CoolSiC™ MOSFET具有較低的導通電阻，與Si器件類似的可靠性，以及良好的體二極管特性。

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