近距离观测碳化硅的质量

碳化硅（SiC）以既定的制造方法为基础，但需要全新的制造工艺。提高产量和降低成本取决于在每一阶段都实现最高质量。

工业和汽车，是中功率和大功率电子元器件的两个最大市场。向电动车发展的趋势，也许是几十年来影响半导体供应商如何投资其技术的最大因素。

随着诸如IGBT的现有技术与新近发展的碳化硅和氮化镓（GaN）等技术并驾齐驱，工程师们有能力为工业、汽车和其他电气化趋势正在重塑其应用的领域开发更高效有力的供电解决方案。

碳化硅二极管和MOSFET的发展，以及随后的功率模块的发展，正在使所有以电机驱动和逆变器为主要构成的应用受益。这种优势体现在设备的物理尺寸和运行效率两方面。凭借显著的更优性能，碳化硅二极管和MOSFET正在各种电源拓扑结构中对IGBT MOSFET和SuperFET进行补充、有时甚至能够取代它们。

现有的能源基础设施呈现了可再生能源被获取、储存和使用的全过程。储能系统的年增长率约为17%，而它正在被不停地部署，通过太阳能、风能和其他可再生资源获取的能量来补充和支持现有的电网。由于光伏技术的持续发展，还因为同时采用了新半导体化合物来更好地利用它们所获取的能量，太阳能相关领域也有了两位数的增长。

能源基础设施

包括EliteSiC 在内的宽带隙功率半导体技术正在重新定义能源基础设施。(来源：安森美)

随着电动汽车的最大复合年增长率预见大约可达26%，电动汽车充电的基础设施将会消耗大量能源。即便于此，”双向充电“和”汽车向电网供电“技术的使用也正在改变能源基础设施运作的方式。

这些趋势让焦点都集中在能源的产生、传输和消耗的效率上。而碳化硅是工程师们正在采用的领先半导体技术，用以提高功率密度、转换效率和能源基础设施的整体效能。

碳化硅在哪些方面效果最好

没有一种技术可以适用于所有的电力应用。通过开发越来越多基于碳化硅的二极管、MOSFET和功率模块，安森美现有的产品系列可以通过组合方式，为任何特定需求提供最佳解决方案。

通过与安富利自己的工程师合作，安森美可以向客户提供建议，说明在哪里以及如何使用其EliteSiC 解决方案才能获得最佳性能。这包括安森美的M1、M2和M3S EliteSiC MOSFET系列。M1系列涵盖1200 V和1700 V，具有较大的裸片面积（die area），可以降低热阻，在开关和传导损耗之间取得平衡。M2系列涵盖650 V、750 V和1200 V，其设计优化了最低的导通电阻（RDS(ON)），使它们更适合用于低速应用。M1和M2系列被用于DC-DC固态继电器和牵引/电机驱动电路。M3S系列专为高频开关设计，使其成为硬开关和LLC谐振应用的更好选择。

EliteSiC 二极管，包括onsemi的D1、D2和D3系列，也具有碳化硅的优点，如低热阻和高开关速度。这些器件正在被设计成维也纳整流器（Vienna rectifier）输入级、PFC级和输出整流。它们的工作电压从650 V到1700 V均可涵盖。

打造优质的EliteSiC 供应链

传统硅衬底的供应链已经比较成熟。这种成熟度来自于几十年生产制造的数据，这些数据可以用来进一步改进所使用的工艺。碳化硅虽然以硅为基础，但与硅有很大不同。尽管业内已经利用了已有经验，但制造工艺的每个阶段都是针对碳化硅的，并根据碳化硅的独有特性进行了开发。

产品缺陷是集成器件制造的大敌。最轻微的产品缺陷都会使器件无法使用，这就是为何良品率如此重要。更高的良品率会降低客户的成本。这就是安森美的专注之处，在制造过程的每一个阶段，集中努力检测以及消除产品缺陷。

半导体制造商用了经典的”浴缸曲线理论“来描述一个器件故障特征的三个阶段。三个阶段包括了由于制造工艺造成的早期，在操作稳定状态时的中期，以及设备的老化或磨损的后期。制造商的数据被用来预测和改善这些阶段中每个阶段的质量和可靠性。通常情况下不良率像是浴缸的形状，表明早期阶段的不良率会逐渐降低，而随着设备的老化，不良率则会不可避免地增加。

影响质量的因素有很多。由于碳化硅的成熟度远低于硅，因此制造商用于改善质量所需的数据较少。在这一领域处于领先地位的制造商，包括安森美，正在积极为提高碳化硅质量实践的发展做出贡献。

提高器件质量的一个关键是环节理外延层，这一外延层定义和控制着器件的大部分工作特性。安森美致力于开发自己的外延层技术，从而实现高质量EliteSiC 器件的生产。这是安森美的一个关键差异化因素，有助于使其器件处于行业的领先地位。

建模被广泛应用于半导体制造业，安森美已经为现代电力电子器件开发了基于物理的、可扩展的SPICE建模方法。安森美利用自己的专业知识，调整现有的功率模型，使其适用于EliteSiC 器件。这种方法在SPICE、物理设计和工艺技术之间建立了直接联系。

碳化硅需要一个端到端的供应链

在碳化硅制造中保持高质量和可靠性来自于对相关工艺的控制。安森美的领导地位建立在碳化硅生态系统的五大支柱上：通过收购，安森美现在是一个完全集成的SiC制造商。首先要制造碳化硅晶锭（boule），将其切成晶圆（wafer）。在这个阶段，安森美应用其外延层来定义半导体的特性。带有外延层的晶圆采用平面工艺进行加工，沟槽工艺也在开发中，一旦加工完毕，晶圆就会被切成小块，准备封装，用于制造二极管、MOSFET和模块。

仿真实世界的测试确保了长期可靠性

通过重复的连续运行测试，安森美可以保证其EliteSiC 器件的质量。(来源：安森美)

除了产品的可靠性测试，安森美还在外延层生长前后进行缺陷扫描。所有裸片（die）都要经过100%的雪崩测试，从而识别潜在的失效。还会进行产品级老化测试，以避免外在的栅极氧化层失效（gate oxide failures）。

重复、连续的操作测试创造了一个仿真实世界的应用，使器件通过现实的功能测试。这包括在各种电压和开关频率下操作器件，在硬开关连续导通模式下的结点温度。

“视觉检查”也被用来检测晶圆缺陷，因为碳化硅晶体层级亦可能有缺陷。还有其他测试，包括雪崩测试和广泛的老化测试。碳化硅和氧化硅之间的任何污染物都会被尽早发现。老化测试也被用于晶圆级检测，以及测试最终产品。这系列操作使得栅极电压在高温下承受了压力，从而保证了出厂产品的质量。

质量是半导体行业的基石。尽早发现缺陷，无论缺陷在哪个阶段出现，都是至关重要的。凭借其端到端的供应链，安森美已经成功地在碳化硅制造过程的每个阶段实施了行业领先的质量程序。

凭借这种质量水准，安富利和安森美已经准备好满足您对功率半导体的需求。要了解更多信息，请联系您当地的安富利代表。