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SiC MOSFET 沟槽还是平面？

SiC MOSFET 沟槽还是平面？ 阅芯电子科技
2025-11-18
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导读：今天来聊聊SiC MOSFET的结构现在主流的SiC MOSFET有两种结构 平面型（Planar）和沟槽型（
今天来聊聊SiC MOSFET的结构
现在主流的SiC MOSFET有两种结构 平面型（Planar）和沟槽型（Trench）。平面型器件已经大规模投入应用，而沟槽型器件这几年极其火热，也是各家投入大精力研究的方向。
平面型SiC的栅极位于元胞结构的表面，沟道沿水平方向（上图左）。而沟槽型SiC的栅极深入元胞结构内部，沟道沿垂直方向（上图中和右）。
沟槽型SiC一直都是各家厂商研究的方向，对于栅极沟槽的形式，各家也有着不同的巧思。进而演变出类似半包沟槽（Infineon）或者双沟槽（Rohm）等类型。
之所以致力研究沟槽型器件，是因为沟槽型在很多方面有着得天独厚的优势：
  1. 沟槽型器件因其垂直沟道设计，其元胞（Cell pitch）的体积可以大大缩小。也就是说在相同面积的芯片上可以产出更多的元胞，大大降低了单位面积的导通电阻（Rdson）。进而增大了芯片甚至系统整体的功率密度。


  2. 由于碳化硅晶体结构的各向异性（Anisotropy），在SiC的垂直方向上缺陷密度低，使得SiC在垂直方向上电子迁移率更高，进一步降低导通电阻。
  3. 理论上沟槽型SiC器件可以消除JFET区域，降低器件的导通电阻。但是由于沟槽深入器件，需要在源极做出深P阱降低电场保护沟槽，可能还是会引入JFET区。

对比于沟槽型器件，平面型器件的优势在于：
1. 凭借成熟的平面CMOS工艺，其制造流程相对简单，一致性更好，良率控制更易预测，进而获得更低的制造的成本。 沟槽型器件需要高精度干法刻蚀、沟槽侧壁氧化及填充工艺，制造复杂度显著更高 。沟槽底部的尖角电场集中问题对工艺一致性提出严苛要求，可能降低批次间良率稳定性。
2. 平面型器件的氧化层可靠性优于沟槽型器件。沟槽型的弱点在于，阻断状态下，沟槽底部的栅氧层承受切向电场集中，电场强度可达平面型的1.5-2倍。平面结构通过P型保护区将电场从栅氧层表面导向漂移区，长期可靠性测试显示其栅氧层退化速率低于沟槽型。
3. 极端工况下的可靠性，平面型器件优于沟槽型器件。在高dv/dt应力，快速开关（dv/dt > 50V/ns）场景中，沟槽角部的电场突变可能触发局部雪崩，而平面型的电场分布更均匀。在短路（Short circuit）条件下，平面型器件可承受更长时间的短路脉冲，拥有更长的短路耐受时间（SCWT）。且重复短路后的参数漂移更小。
在我看来，平面型和沟槽型SiC器件其实没有孰优孰劣之分。主要还是要看器件的应用场景和厂商更看重的点。SiC器件的设计永远都是一个trade-off，没有任何的设计可以做到在所有方面都是最好。
如果追求极致的性能，那沟槽型是个好的选择。如果需要考虑到成本或者高电压等级和强可靠性，那平面型也可能是个最优解。
就像SiC永远不可能完全代替Si器件一样，沟槽型器件也不可能完全取代平面型器件。每种类型的器件都会在他们最适合的场景上得到最好的应用。

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