CoolSiC™技术细节

无与伦比的可靠性和质量

英飞凌的总体目标是将碳化硅MOSFETs低RDS(on)与能使器件在安全氧化层场强条件下运行的栅极驱动模式相结合。因此，决定采用基于沟槽的器件。从具有高缺陷密度的平面删转向其他更有利的表面方向，后者可以在低氧化层场强下获得低沟道电阻。这些边界条件是利用硅功率半导体领域质量保证方法的基础，目的是保证工业和汽车应用中预期的FIT率。

相比硅器件而言，碳化硅器件在阻断模式下在更高的漏极感应场强下工作（MV而不是kV），因此，在导通和关断状态下，氧化层中的高电场可能会加速老化。对于关断状态，采用深p区进行应力保护，对于导通状态，采用厚氧化层，目的是解决薄氧化层外部缺陷删选的限制。规避筛选薄氧化层剩余杂质缺陷的限制。

coolsic technologies

CoolSiC™ MOSFET元胞结构

CoolSiC™MOSFET沟槽概念针对体二极管操作进行了优化。通过在沟槽底部嵌入p+区增加了体二极管面积。

CoolSiC™ MOSFET元胞设计旨在限制栅极氧化层在导通状态和关断状态下的电场，以保持可靠性。此外，该结构实现了低导通电阻，即使在大规模生产中也能以稳定和可重复的方式实现。VGS= 15 V的驱动电压，结合足够高的栅源阈值电压（典型值：4.5 V），使其成为了SiC晶体管领域的标杆。

CoolSiC MOSFET cell structure

关于CoolSiC™ MOSFET的更多信息

相比目前提供的碳化硅MOSFET而言，除了出色的栅氧化层可靠性外，稳定且坚固耐用的体二极管是CoolSiC™的另一个关键特性。

CoolSiC MOSFET balance

CoolSiC™是创新的沟槽式碳化硅MOSFET技术。英飞凌再次证明，我们在宽带隙技术领域也一如既往力争创新和技术领先。我们的产品和服务使我们脱颖而出。

CoolSiC™ MOSFET在开关性能和总损耗方面具有出色表现。其中一个亮点是可以在零栅偏置的情况下关断器件，这使得CoolSiC™晶体管概念成为目前市场上唯一真正的“常闭”器件。

硬开关拓扑

  • 在快速开关速度下的最低开关损耗
  • 由于对抗寄生导通效应（低过压/欠压）的坚固耐用性，设计简便易行
  • 短路额定值3 µs（与伺服驱动等有关）

软开关拓扑

  • 开关损耗最低，设计简单
  • 可以应用0 V关断，譬如，对于具有在0 V关断下工作的SJ MOSFET（如，英飞凌的CoolMOS™）相关设计经验的LLC和ZVS设计人员来说，这是至关重要的。

体二极管—不可或缺的部分：

与IGBT相反，诸如CoolSiC™器件这样的垂直MOSFET通过体二极管提供反向传导，实际上可以作为续流二极管。不过，由于碳化硅的带隙，该二极管的拐点电压相对较高（约3v）。

所有的CoolSiC™ MOSFET（要么采用英飞凌的碳化硅模块封装，要么属于英飞凌的碳化硅分立器件系列），都具有集成体二极管。不需要额外的肖特基二极管。

该二极管可用于实现典型的续流功能。此外，它也可以在没有肖特基势垒二极管（SBD）的情况下使用。必须使用同步整流（在短暂的死区时间后在二极管模式下打开通道），以降低传导损耗。

CoolSiC™ MOSFET体二极管适用于硬换向，并且具有极高的耐用性，可承受7x Inom 10 ms浪涌电流。它被证明是长期稳定的，并且不会漂移超出产品手册的限值。英飞凌通过坚持以下做法，确保器件参数（RDS(on)和 VSD）在使用寿命内保持在产品手册规定的限值内：

  • 优化筛选工艺，降低缺陷密度
  • 100%最终间隙测试（FCT），验证低DPM率

为加深理解，请查阅我们的技术文档

Typically, the turn-on switching characteristics of SiC-MOSFETs are considered to be completely independent of the turn-off gate voltage. This assumption originates in the physical understanding of Si-based power devices, but neglects specific properties of power devices based on SiC. One of these specific properties is that gate oxides in SiC-based power devices are typically characterized by a relatively large number of interface states, resulting in the so-called threshold-voltage hysteresis.

Download this paper to understand the influence of the threshold-voltage shift caused by the hysteresis effect on the switching performance of SiC MOSFETs.

Silicon Carbide trench based MOSFETs are the next step towards and energy-efficient world – representing a dramatic improvement in power conversion systems.

Read all about how Infineon controls and assures the reliability of SiC based power semiconductors during the release process to achieve the desired lifetime and quality requirements.

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Advanced design activities are focusing on the field of specific on-resistance as the major benchmark parameter for a given technology. However, it is essential to find the right balance between the primary performance indicators like resistance and switching losses and the additional aspects relevant for actual power electronics designs, e.g. sufficient reliability

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CoolSiC™肖特基二极管

英飞凌是全球第一家商用碳化硅（SiC）器件供应商。依托广泛的市场和丰富的经验，英飞凌能够带来高度可靠、业界领先的碳化硅性能。碳化硅和硅材料性能的差异限制了实际硅单极性二极管（肖特基二极管）的电压范围最高为100 V - 150 V，并具有较高的通态电阻和漏电流。在碳化硅材料中，肖特基二极管可以达到更高的击穿电压。英飞凌碳化硅（SiC）产品系列涵盖600 V和650 V至1200 V肖特基二极管。

CoolSiC Schottky Diodes chart system solution

CoolSiC™混合器件

硅基开关和CoolSiC™肖特基二极管的组合被称为“混合器件”。

相比硅IGBT而言，该混合器件可降低导通损耗，还可以实现更高开关频率和更强的电流处理能力。无论单独使用碳化硅二极管单管，或在功率模块中与硅功率器件结合使用，都可以实现更高的功率密度和效率。碳化硅二极管由此进一步扩展IGBT技术的使用。

CoolSiC™混合器件详情

CoolSiC™混合模块

众所周知的EasyPACK ™中的混合模块采用升压或三电平拓扑。该产品包含由碳化硅二极管芯片和IGBT芯片，能在太阳能逆变器等目标应用中发挥最佳性能。

采用碳化硅的功率模块会越来越多样化，如碳化硅二极管与硅晶体管甚至碳化硅晶体管相结合（基于广受赞誉的CoolSiC™技术）。无论应用的功率大小，我们的碳化硅模块产品都能实现更高效的设计，从EasyPACK™ 1B/2B封装到EasyPACK™ 3B等更大封装。

CoolSiC™混合单管

CoolSiC™混合单管结合了两种成熟的业内最佳的半导体技术：650 V TRENCHSTOP™ 5 IGBT和CoolSiC™肖特基二极管G6。由此打造的产品具有类似于碳化硅开关的性能，但价格具有竞争力。

FIT率和栅极氧化层可靠性

对于碳化硅器件而言，要降低FIT率，则必须考虑两个影响因素：

  • 宇宙射线辐射效应（与硅器件相同）
  • 栅极氧化层的可靠性（由于氧化层场应力）

宇宙射线辐射的稳定性通常是通过优化漂移区的电场分布来实现的。不过，为降低氧化层FIT率，需要有效筛查电活性缺陷。原则上，只要器件不含与缺陷有关的杂质，即杂质缺陷，硅和碳化硅MOSFET的固有氧化层使用寿命几乎相同。与硅MOSFET相比，碳化硅MOSFET在栅氧化层中表现出更高的杂质缺陷密度。与无缺陷器件相比，具有杂质缺陷的器件更早发生故障。要保证碳化硅MOSFET栅氧化层具有足够的可靠性，面临的挑战在于通过电气删选方式来减少受杂质缺陷影响的器件的数量。每个器件都受到栅极应力模式的影响——那些具有临界杂质缺陷的器件会遭受破坏。因此，高效栅氧化层筛选的促成因素是标称氧化层厚度远高于实现固有使用寿命目标通常所需的厚度，这导致在栅氧化层FIT率与器件性能之间实现折衷。

FIT率详情

fit rate

为进一步提高碳化硅工艺水平，英飞凌投入大量人力物力，对电气筛选碳化硅MOSFET的通态氧化层可靠性和碳化硅功率器件中电场引起的断态氧化层应力进行了测试。

如今，我们可以宣称：

  • 由于对栅极氧化层厚度进行了优化，我们的栅极氧化层筛选做法比竞争对手碳化硅MOSFET制造商更高效。
  • 使用寿命内较低的栅极氧化层故障率且无早期故障，有助于为客户提供栅极氧化层的最高质量。

SILTECTRA™—创新的冷切割技术

Siltectra Animation

2018年，英飞凌收购初创企业SILTECTRA™，将创新的激光材料分离技术与薄晶圆技术相结合。相比普通的切割技术而言，SILTECTRA™冷切割（COLD SPLIT）技术有助于高效切割碳化硅材料，最大限度减小材料损耗。

点击此处了解SILTECTRA™冷切割（COLD SPLIT）技术详情

Value proposition of SiC

For more than twenty years, Infineon has been at the forefront of developing solutions addressing demands for energy savings, size reduction, system integration and improved reliability in its products.

One of the most revolutionary developments was the use of SiC as a main compound in some of its devices.

Infineon is the world’s first SiC discrete power supplier.
It was the global pioneer in SiC technology and commercialization.
In this training we will present one of the most successful solutions that Infineon’s developed in this field.

This training covers the properties of Silicon Carbide which change the way how an inverter is designed compared to Si-chips. With that in mind, we explain SiC specific degradation mechanisms and how to ensure that SiC devices survive in the application, considering these special failure modes, by applying the reliability tests Infineon developed. These are internally mandatory for SiC device qualifications to ensure better quality, safety, and reliable device performance for years.

Our innovative new, efficient and patented technology of cold split gives us the power of getting more wafers out of less material, and generating less waste. To find out more visit: www.infineon.com/sic

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