華為公司與山東大學(xué)的研究團(tuán)隊近日聯(lián)合宣布，他們在高壓電力電子器件領(lǐng)域取得了重大突破。雙方成功開發(fā)出一種1200V全垂直GaN-on-Si溝槽MOSFET，其核心技術(shù)創(chuàng)新——氟注入終端（FIT-MOS）技術(shù)——顯著提升了器件的性能，使其達(dá)到了與成本高昂的GaN襯底器件相當(dāng)?shù)乃?。這項研究成果為千伏級電力電子系統(tǒng)提供了極具成本效益的解決方案。
該研究成果已以《1200 V Fully-Vertical GaN-on-Si Power MOSFET》為題，發(fā)表于國際頂級期刊《IEEE電子器件快報》（IEEE Electron Device Letters）上。
圖片來源：IEEE Electron Device Letters
圖為：（a）具有氟注入端終端（FIT-MOS）的全垂直硅基氮化鎵溝槽 MOSFET 的結(jié)構(gòu)示意圖和（b）溝槽柵極區(qū)域截面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像
高壓功率器件的性能瓶頸通常出現(xiàn)在其終端區(qū)域。傳統(tǒng)的垂直GaN器件多采用“臺面刻蝕終端”（MET）技術(shù)，即通過物理刻蝕形成隔離溝槽來耐受高壓。然而，這種結(jié)構(gòu)的尖角處極易產(chǎn)生電場集中效應(yīng)，如同水壩的薄弱點，導(dǎo)致器件的實際擊穿電壓遠(yuǎn)低于理論值，限制了其在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用。
山東大學(xué)與華為的團(tuán)隊顛覆了這一思路。他們創(chuàng)新的FIT-MOS技術(shù)，不再依賴物理“硬隔離”，而是通過向終端區(qū)域精確注入氟離子，形成一個高電阻的“電場緩沖層”。這一“柔性”設(shè)計能夠有效分散和耗散電場，徹底消除了電場擁擠效應(yīng)。
信息來源：IEEE Electron Device Letters
圖片制作：集邦化合物半導(dǎo)體
實驗結(jié)果表明，這項技術(shù)實現(xiàn)了性能的大幅提升。
擊穿電壓：相較于傳統(tǒng)MET器件的567V，F(xiàn)IT-MOS器件的擊穿電壓飆升至1277V，實現(xiàn)了超過125%的性能飛躍。
綜合性能優(yōu)異：該器件同時展現(xiàn)了極佳的商業(yè)化潛力，其閾值電壓為3.3V（易于驅(qū)動控制），開關(guān)比高達(dá)10?，比導(dǎo)通電阻低至5.6mΩ·cm2。
關(guān)鍵指標(biāo)：衡量功率器件綜合性能的核心指標(biāo)——巴利加優(yōu)值（Baliga’s Figure of Merit）高達(dá)291MW/cm2，這一數(shù)值不僅在GaN-on-Si器件中遙遙領(lǐng)先，更是首次在硅襯底上達(dá)到了可與頂級GaN-on-GaN器件競爭的水平。
此前7月，華為旗下海思技術(shù)有限公司正式進(jìn)軍碳化硅功率器件領(lǐng)域，推出了兩款1200V工規(guī)SiC單管產(chǎn)品——ASO1K2H035M1T4和ASO1K2H020M1T4，專門面向工業(yè)高溫、高壓場景。這兩款產(chǎn)品均采用TO-247-4封裝，具備優(yōu)良的導(dǎo)通和快速開關(guān)特性，能夠在高溫高壓環(huán)境下保持穩(wěn)定性能。
4月22日，華為正式推出業(yè)界首個全液冷兆瓦快充解決方案，該方案搭載了華為自主研發(fā)的碳化硅芯片，其能量密度是傳統(tǒng)硅基器件的3倍。
而在市場應(yīng)用方面，今年4月，華為數(shù)字能源業(yè)務(wù)部門正在大力推廣其基于SiC技術(shù)的光儲產(chǎn)品和快速充電樁，以應(yīng)對市場對高效率和高功率密度的迫切需求。在今年第二季度，華為面向歐洲市場推出的新一代FusionSolar智能光伏逆變器全面采用了自研的SiC核心組件。
該系列產(chǎn)品憑借其卓越的散熱和高頻特性，在高溫和復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境下依然能保持最高99.5%的轉(zhuǎn)換效率，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)硅基產(chǎn)品，一經(jīng)發(fā)布便獲得歐洲光伏市場頭部集成商的批量訂單。
此外，華為的FusionCharge 720kW超充終端也應(yīng)用了SiC技術(shù)，實現(xiàn)了充電10分鐘，補能200公里的超快充電速度，已在多個城市的公共充電網(wǎng)絡(luò)中投入運營，極大地提升了用戶體驗。
（集邦化合物半導(dǎo)體 竹子 整理）
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