近距離觀測碳化矽的品質

工業和汽車，是中功率和大功率電子元器件的兩個最大市場。向電動車發展的趨勢，也許是幾十年來影響半導體供應商如何投資其技術的最大因素。

隨著諸如IGBT的現有技術與新近發展的碳化矽(SiC) 和氮化鎵(GaN) 等技術並駕齊驅，工程師們有能力為工業、汽車和其他電氣化趨勢正在重塑其應用的領域開發更高效有力的供電解決方案。

碳化矽二極體和MOSFET的發展，以及隨後的功率模組的發展，正在使所有以電機驅動和逆變器為主要構成的應用受益。這種優勢體現在設備的物理尺寸和運行效率兩方面。憑藉顯著的更優性能，碳化矽二極體和MOSFET正在各種電源拓撲結構中對IGBT MOSFET和SuperFET進行補充、有時甚至能夠取代它們。

現有的能源基礎設施呈現了可再生能源被獲取、儲存和使用的全過程。儲能系統的年增長率約為17%，而它正在被不停地部署，通過太陽能、風能和其他可再生資源獲取的能量來補充和支持現有的電網。由於光伏技術的持續發展，還因為同時採用了新半導體化合物來更好地利用它們所獲取的能量，太陽能相關領域也有了兩位數的增長。

能源基礎設施

包括EliteSiC 在內的寬頻隙功率半導體技術正在重新定義能源基礎設施。(來源：安森美)

隨著電動汽車的最大複合年增長率預見大約可達26%，電動汽車充電的基礎設施將會消耗大量能源。即便於此，”雙向充電“和”汽車向電網供電“技術的使用也正在改變能源基礎設施運作的方式。

這些趨勢讓焦點都集中在能源的產生、傳輸和消耗的效率上。而碳化矽是工程師們正在採用的領先半導體技術，用以提高功率密度、轉換效率和能源基礎設施的整體效能。

碳化硅在哪些方面效果最好

沒有一種技術可以適用於所有的電力應用。通過開發越來越多基於碳化硅的二極體、MOSFET和功率模組，安森美現有的產品系列可以通過組合方式，為任何特定需求提供最佳解決方案。

通過與安富利自己的工程師合作，安森美可以向客戶提供建議，說明在哪裡以及如何使用其EliteSiC 解決方案才能獲得最佳性能。這包括安森美的M1、M2和M3S EliteSiC MOSFET系列。M1系列涵蓋1200 V和1700 V，具有較大的裸片面積（die area），可以降低熱阻，在開關和傳導損耗之間取得平衡。M2系列涵蓋650 V、750 V和1200 V，其設計優化了最低的導通電阻（RDS(ON)），使它們更適合用於低速應用。M1和M2系列被用於DC-DC固態繼電器和牽引/電機驅動電路。M3S系列專為高頻開關設計，使其成為硬開關和LLC諧振應用的更好選擇。

EliteSiC 二極體，包括onsemi的D1、D2和D3系列，也具有碳化矽的優點，如低熱阻和高開關速度。這些器件正在被設計成維也納整流器（Vienna rectifier）輸入級、PFC級和輸出整流。它們的工作電壓從650 V到1700 V均可涵蓋。

打造優質的EliteSiC 供應鏈

傳統矽襯底的供應鏈已經比較成熟。這種成熟度來自於幾十年生產製造的資料，這些資料可以用來進一步改進所使用的工藝。碳化矽雖然以矽為基礎，但與矽有很大不同。儘管業內已經利用了已有經驗，但製造工藝的每個階段都是針對碳化矽的，並根據碳化矽的獨有特性進行了開發。

產品缺陷是集成器件製造的大敵。最輕微的產品缺陷都會使器件無法使用，這就是為何良品率如此重要。更高的良品率會降低客戶的成本。這就是安森美的專注之處，在製造過程的每一個階段，集中努力檢測以及消除產品缺陷。

半導體製造商用了經典的”浴缸曲線理論“來描述一個器件故障特徵的三個階段。三個階段包括了由於製造工藝造成的早期，在操作穩定狀態時的中期，以及設備的老化或磨損的後期。製造商的資料被用來預測和改善這些階段中每個階段的品質和可靠性。通常情況下不良率像是浴缸的形狀，表明早期階段的不良率會逐漸降低，而隨著設備的老化，不良率則會不可避免地增加。

影響品質的因素有很多。由於碳化矽的成熟度遠低於矽，因此製造商用於改善品質所需的資料較少。在這一領域處於領先地位的製造商，包括安森美，正在積極為提高碳化矽品質實踐的發展做出貢獻。

提高器件品質的一個關鍵是環節理外延層，這一外延層定義和控制著器件的大部分工作特性。安森美致力於開發自己的外延層技術，從而實現高品質EliteSiC 器件的生產。這是安森美的一個關鍵差異化因素，有助於使其器件處於行業的領先地位。

建模被廣泛應用於半導體製造業，安森美已經為現代電力電子器件開發了基於物理的、可擴展的SPICE建模方法。安森美利用自己的專業知識，調整現有的功率模型，使其適用於EliteSiC 器件。這種方法在SPICE、物理設計和工藝技術之間建立了直接聯繫。

EliteSiC 需要一個端到端的供應鏈

在碳化矽製造中保持高品質和可靠性來自於對相關工藝的控制。安森美的領導地位建立在碳化矽生態系統的五大支柱上：通過收購，安森美現在是一個完全集成的SiC製造商。首先要製造碳化矽晶錠（boule），將其切成晶圓（wafer）。在這個階段，安森美應用其外延層來定義半導體的特性。帶有外延層的晶圓採用平面工藝進行加工，溝槽工藝也在開發中，一旦加工完畢，晶圓就會被切成小塊，準備封裝，用於製造二極體、MOSFET和模組。

模擬實世界的測試確保了長期可靠性

通過重複的連續運行測試，安森美可以保證其EliteSiC 器件的品質。(來源：安森美)

除了產品的可靠性測試，安森美還在外延層生長前後進行缺陷掃描。所有裸片（die）都要經過100%的雪崩測試，從而識別潛在的失效。還會進行產品級老化測試，以避免外在的柵極氧化層失效（gate oxide failures）。

重複、連續的操作測試創造了一個模擬實世界的應用，使器件通過現實的功能測試。這包括在各種電壓和開關頻率下操作器件，在硬開關連續導通模式下的結點溫度。

“視覺檢查”也被用來檢測晶圓缺陷，因為碳化矽晶體層級亦可能有缺陷。還有其他測試，包括雪崩測試和廣泛的老化測試。碳化矽和氧化矽之間的任何污染物都會被儘早發現。老化測試也被用於晶圓級檢測，以及測試最終產品。這系列操作使得柵極電壓在高溫下承受了壓力，從而保證了出廠產品的品質。

品質是半導體行業的基石。儘早發現缺陷，無論缺陷在哪個階段出現，都是至關重要的。憑藉其端到端的供應鏈，安森美已經成功地在碳化矽製造過程的每個階段實施了行業領先的品質程式。

憑藉這種品質水準，安富利和安森美已經準備好滿足您對功率半導體的需求。要瞭解更多資訊，請聯繫您當地的安富利代表。