為了降低SiC的制造成本，美國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種PRESiCE制程，并搭配TI X-Fab實(shí)現(xiàn)低成本的SiC功率MOSFET…

碳化矽(SiC)，這種寬能隙的半導(dǎo)體元件可用于打造更優(yōu)質(zhì)的電晶體，取代當(dāng)今的矽功率電晶體，并與二極體共同搭配，提供最低溫度、最高頻率的功率元件。SiC電晶體所產(chǎn)生的熱也比矽功率電晶體更低30%，然而，它的成本至今仍然比矽更高5倍。

美國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)(North Carolina State University；NCSU)教授Jay Baliga認(rèn)為，這是因?yàn)镾iC需要專用的制程技術(shù)，而使得價(jià)格居高不下，并筑起較高的進(jìn)入門檻。為了尋找低成本授權(quán)的制程以降低這些障礙，Baliga及其研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種“制造SiC電子元件之工程制程”(Process Engineered for Manufacturing SiC Electronic-devices；PRESiCE)，并采用德州儀器(Texas Instruments；TI)的X-Fab來(lái)實(shí)現(xiàn)。

研究人員們將在日前于美國(guó)華府舉行的2017年碳化矽及相關(guān)材料國(guó)際會(huì)議(International Conference on Silicon Carbide and Related Materials；ICSCRM 2017)發(fā)表技術(shù)細(xì)節(jié)。

根據(jù)Baliga，PRESTICE并不只是一種開(kāi)發(fā)SiC制程的低成本替代方法，它也比傳統(tǒng)的專有制程更有效率。降低授權(quán)成本將有助于讓更多的業(yè)者加入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，從而提高SiC的產(chǎn)量。反過(guò)來(lái)說(shuō)，這也不可避免地會(huì)降低SiC的價(jià)格，或許還會(huì)降低到只比矽的價(jià)格多50%。

SiC功率元件除了可作業(yè)于較低的溫度下，也可以在更高的頻率下切換，從而讓功率電子產(chǎn)品得以使用較小的電容、電感和其他被動(dòng)元件，最終使得設(shè)計(jì)人員能在更小的空間中封裝更多元件，而仍使其保持輕量纖薄。Baliga說(shuō)，PRESiCE制程能實(shí)現(xiàn)較高產(chǎn)量，并嚴(yán)格控制產(chǎn)出SiC元件的特性。

為了證明這一概念，研究人員在TI X-Fab中使用PRESiCE，制造出SiC功率MOSFET、ACCUFET與接面阻障蕭特基(JBS)整流器，以打造1.2kV的電源。功率MOSFET結(jié)構(gòu)的JBS返馳式整流器可打造功率JBSFET，使其得以較矽基設(shè)計(jì)的晶片面積更縮小40%，封裝數(shù)也減半。

美國(guó)能源部(DoE)旗下PowerAmerica研究所為這項(xiàng)研究提供資金。除了Jay Baliga他研究人員還包括北卡羅萊納州立大學(xué)的K. Han、J. Harmon、A. Tucker與S. Syed，以及紐約州立大學(xué)理工學(xué)院(SUNY)的W. Sung。