Yole Group和Serma Technologies聯手分析了來自領先制造商的五種批量生產的SiC MOSFET的性能，并了解了他們的技術選擇。
Yole Group半導體基板與材料高級技術與成本分析師Amine Allouche表示：“電動汽車、可再生能源和工業自動化等行業對高效可靠的電力電子系統的需求日益增長，這增加了對SiC MOSFET進行徹底分析的必要性。”
在此背景下，市場、技術、性能、逆向工程和成本分析公司Yole Group除了其年度市場和技術報告《功率SiC和功率SiC–Manufacturing 2024》及其季度報告《功率SiC/GaN化合物半導體市場監測》外，還與Serma Technologies合作，推出了其新的SiC MOSFET分立器件性能分析報告。
功率SiC制造
Yole Group認為，由于產能擴張，功率SiC WFE（晶圓前端設備）市場將在2026年達到51億美元的峰值，設備制造商將解決產能過剩和特定制造挑戰問題。
數十億的功率SiC市場正在吸引各個層面的重大投資和產能擴張，包括器件、外延晶圓和晶圓。設備廠商正在不同地點進行設施建設。SiC晶圓制造一直被認為是一個瓶頸，因此過去幾年產能大幅擴張，尤其是在中國，推動了大量的設備訂單。
盡管短期內受到全球經濟的不利影響，但功率SiC和GaN在2029年分別保持了超過100億美元和22.5億美元的增長軌跡。投資并購重塑了功率SiC和GAN市場。
多家碳化硅公司宣布了未來幾年的產能擴張計劃，以滿足終端系統的要求，特別是在汽車領域。意法半導體、安森美、英飛凌、Wolfspeed和羅姆等領先的器件制造商都在不同地點進行設施建設。
最近一個季度，廠商的投資有了一些更新。在SiC晶圓和外延晶圓層面，大規模產能擴張在2023年實現了強勁增長，尤其是在中國。然而，這也導致了SiC材料的產能過剩。此外，8英寸SiC平臺實現了技術規模的擴大，顯著降低了成本。Wolfspeed的MHV晶圓廠自2022年開業以來一直在不斷擴大。更多的設備制造商計劃在H2-24開始批量出貨。
鑒于純電動汽車增長放緩，2024年SiC市場將面臨較低的增長。H1-24的供應鏈正在去庫存，等待2025年更強勁的增長。
SiC MOSFET分立器件性能比較分析
Serma Technologies是一家服務和技術公司，致力于半導體、材料、復合材料、汽車、系統、電池、水力發電以及信號和電力電子太陽能的專業技術、分析、控制、測試、咨詢和信息活動。Serma Technologies在研發、設計、制造和維護階段為客戶提供長周期的工業服務。
Serma Technologies的測試臺
該公司與Yole合作在相同的測試條件下評估和比較了來自全球制造商的五個1200V級分立SiC MOSFET（以及一個參考Si IGBT器件），對關鍵參數和特性進行了評估，為工程師、研究人員和尋求優化電源解決方案的行業提供有價值的見解。
這份新的SiC MOSFET分立器件性能比較分析報告深入研究了所選SiC MOSFET的靜態性能，以全面了解其優點。器件包括Wolfspeed（C3M0075120D）、羅姆（SCT3080KLHR）、英飛凌（AIMW120R080M1）、意法半導體（SCTW40N120G2VAG）、安邦半導體（AS1M080120P）和作為參考的英飛凌Si IGBT器件（IKW15N120CS7）。值得一提的是，安邦半導體是一家位于中國深圳的公司。
·Wolfspeed C3M0075120D
采用C3M? MOSFET技術N溝道增強模式SiC MOSFET，具有高阻斷電壓、低導通電阻、低電容高速開關、低反向恢復（Qrr）快速本征二極管等特性。應用包括：可再生能源、電動汽車電池充電器、高壓DC-DC轉換器、開關電源等。有助于提高系統效率，降低冷卻要求，增加功率密度，?提高系統開關頻率。
·羅姆SCT3080KLHR
采用溝槽柵極結構的N溝道SiC-MOSFET。與平面型SiC-MOSFET相比，同一芯片尺寸的導通電阻可降低50%，這將大幅降低太陽能發電用功率調節器和工業設備用電源、工業用逆變器等所有相關設備的功率損耗。特性：低導通電阻、快速開關速度、快速反向恢復、易于并聯驅動。
·英飛凌AIMW120R080M1
車規級CoolSiC? MOSFET，有助于增加開關頻率，顯著減少磁性組件體積和重量，最多可減少25%，降低應用成本。該器件1200V開關的最低柵極電荷和器件電容電平、內部換流體二極管無反向恢復損耗、與溫度無關的低開關損耗和無閾值導通狀態特性，有助于保證簡單設計和易于控制的應用設計。主要應用包括：混合動力、純電動汽車車載充電器OBC和DC-DC應用。
·意法半導體SCTW40N120G2VAG
采用意法半導體先進和創新的第二代SiC MOSFET技術開發的。該器件的單位面積導通電阻非常低，開關性能好，開關損耗的變化幾乎與結溫無關。這款汽車級碳化硅功率MOSFET為1200V、33 A、75mΩ（典型值，TJ=25℃），AEC-Q101認證，工作結溫能力（TJ=200℃），非常快速和堅固的本征體二極管，極低的柵極電荷和輸入電容，采用HiP247封裝。應用包括：主逆變器（電力牽引）、EV/HEV用DC/DC轉換器、車載充電器（OBC）等。
·安邦半導體AS1M080120P
安邦半導體的AS1M080120P是一個TO-247-3 N溝道1200V 36A SiC功率MOSFET，不知道Yole Group和Serma Technologies為什么找來這款器件進行評估，因為該公司并沒有上述大廠那么知名。AS1M080120P的特點包括：高阻斷電壓、低導通電阻；低電容高速開關；易于并聯，驅動簡單。適用于開關電源、高壓DC/DC轉換器、電機驅動器等應用。
英飛凌IKW15N120CS7
選擇這個硅器件的目的是與SiC功率MOSFET 進行對比。1200V/15A TRENCHSTOP? IGBT7 S7單管帶有EC7二極管，適用于硬開關，采用 TO-247 封裝。該產品具備低 VCEsat，在目標應用中可實現極低導通損耗，同時，其中非常軟的快速二極管有助于將開關損耗降至最低，從而降低總體損耗。應用包括：電機控制、不間斷電源（UPS）等。
對上述器件的比較分析涉及在不同操作條件下評估關鍵指標，如導通電阻、漏極到源極電壓、閾值電壓、擊穿電壓、漏電流等。該報告還提供了所測試器件的重要參數的數據和圖表，包括在不同溫度（-55℃、-40℃、25℃、150℃、175℃）下測試的RDS(on)(VGS)、RDS(on)(IDS)、VDS、VGS(th)、VBR(DSS)、IDSS、IGSS、QG、IDS(VDS)和ISD(VSD)。例如，通過表征Vgs（th）和擊穿電壓Vbr的溫度演變，以評估所比較器件在整個溫度范圍內的溫度穩定性行為。
可以看到，這些SiC器件的導通電阻在75-150mΩ之間，相差還是很大的，關鍵在于針對應用場景選擇合適的器件。
標稱柵源閾值電壓VGSth=f（T℃）測試
Serma Technologies功率元件測試經理Pierre-Emmanuel Blanc，“性能測試在各種溫度下進行，并符合JEDEC規范和標準，如JESD 24和JEP 183。測試方案為每個參考測試三個DuT。”他指出，在相同的測試條件下進行的第三方客觀分析提供了比器件數據表通常提供的更可靠的性能比較。
此外，Yole Group還對所有器件進行了物理分析，提供了光學和SEM圖像，以及封裝敞開和管芯橫截面的詳細測量結果。最后根據設備的“性能與成本”權衡對其進行比較。
分立SiC MOSFET和Si IGBT封裝敞開光學圖像
給出的結論
報告顯示，如果在最佳模式下或在性能測試確定的特定條件下使用，在各種溫度范圍內，一些SiC器件在性能方面具有明顯的競爭優勢。因此，1200V SiC MOSFET是BEV向800V系統過渡的推動者。
報告認為，1200V SiC MOSFET是BEV向800V系統過渡的推動者。事實上，SiC MOSFET已成為電力電子領域的關鍵，以其卓越的性能特征改變了眾多應用。SiC MOSFET具有令人印象深刻的特性，包括高擊穿電壓、低導通電阻和優異的導熱性，使其成為高頻和高溫環境下功率開關器件的理想選擇。Yole Group預測，到2029年，SiC器件市場將達到100億美元。
