罗姆技术推陈出新第4代碳化硅优势尽显

　　碳化硅（SiC）材料具有优异的特性，用它制造的MOSFET器件在开关过程中不会产生拖尾电流，可高速运行并降低开关损耗；低导通电阻和小型芯片尺寸可以实现较低的电容和栅极电荷。此外，碳化硅还具有导通电阻很小的优异材料属性，与硅器件相比，更具耐高温特性，热传导性好，进而实现更优异的封装微型化和节能优势。

　　一直以来，全球知名半导体制造商罗姆（ROHM）都在努力研发技术，产品不断推陈出新。2月14日的“2023年媒体线上交流会”上，罗姆半导体（上海）有限公司市场宣传课高级经理张嘉煜和罗姆半导体（上海）有限公司技术中心副总经理周劲分别介绍了罗姆公司最新动态以及碳化硅功率器件的相关技术，特别是近年推出的第4代碳化硅技术和相应产品。

　　功率电子技术是罗姆重要战略核心

　　张嘉煜表示，功率电子技术是罗姆发展战略的核心技术，旨在专注于发挥各种技术优势的功率元器件，以更高效地处理电力，利用硅、碳化硅和GaN（氮化镓）等技术推出创新型功率元器件，以满足不同应用产品需求的材料和元器件结构支持广泛的应用，开拓半导体的新时代。

　　在碳化硅领域，罗姆拥有业内领先的技术开发实力和供货能力，目标是力争实现30%的市场占有率。值得一提的是罗姆的IDM（垂直统合型生产体系）和品质保证体系。罗姆的产业链100%覆盖整个碳化硅加工过程和各种产品形式，从材料衬底到晶圆、元器件、裸芯片，再到分立产品和模块，无所不包，可以根据客户的多样化要求以不同供应形式交货。

　　品质保证方面，从原材料到封装严格贯彻可追溯制度，从开发到制造和销售，罗姆在所有的过程贯彻实施提高品质的活动。罗姆通过导入柔性生产线，自行开发生产系统，实现了组装工序的自动化，增强了产品竞争力和供应能力。长期稳定供应的承诺让客户能够放心使用罗姆的产品。

　　为了满足用户需求，罗姆2021年度-2022年度扩大了LSI和功率元器件产能，未来还计划扩大现有产品的产能，2021年度-2023年度扩大日本国内母工厂产能，通过增强日本国内生产体制建立更稳定的供应链。

　　2021年罗姆在日本福冈县南部建造的阿波罗筑后工厂的环保型新厂房竣工，这里将成为罗姆碳化硅半导体主力基地之一。这也是日本国内企业首次建设的碳化硅功率半导体专用新厂房，将承担罗姆2025财年碳化硅功率半导体生产目标的重任。该工厂是全新环保型生产设施，不仅配备了融入各种节能技术的生产设备，还使用百分之百可再生能源发电，以减轻生产活动对环境的负荷。该工厂还以抗灾型生产基地为目标，建立了完善的抗灾体系，以确保任何时候都能提供稳定供应。

　　通过建设新厂房等增产投资，将有助于把目前罗姆14%的碳化硅功率半导体全球份额提高到30%。而据调研公司Omdia统计，目前罗姆功率半导体全球份额排在第10位，碳化硅产品排在第4位。

　　谈到功率元器件业务的销售额目标，张嘉煜表示，2021-2025财年，罗姆的复合年均增长率将达到25.2%，其中涵盖大功率、高电压（＞600V）和高频率（20-200kHz）的碳化硅，以及涵盖中等功率、中等耐压（100-600V）和高频率（200kHz以上）的氮化镓将更快提升。特别是到2025财年，碳化硅的销售额目标将超过1,100亿日元（约合56亿元人民币）。

　　在碳化硅市场方面，罗姆正在开拓约9,000亿日元（约合46.5亿元人民币）的市场。

　　罗姆第4代SiC MOSFET优势明显

　　在碳化硅元器件技术开发方面，罗姆一直保持领先地位。罗姆有着20多年研发碳化硅的历史，2010年在全球首家进行碳化硅SBD和MOSFET的量产，之后在2021年发布了第4代的沟槽SiC MOSFET，2023年实现8英寸碳化硅衬底的量产，之后还有牵引功率模块的产品。

　　这次罗姆开始量产并供应具有更低导通电阻和更高速开关的第4代SiC MOSFET，可满足车载逆变器电路等要求的短路耐受时间。而对功率半导体来说，当导通电阻降低时短路耐受时间就会缩短，两者之间存在着权衡关系，因此，在降低SiC MOSFET的导通电阻时，如何兼顾短路耐受时间一直是行业的一个挑战。

　　据周劲介绍，罗姆第4代SiC MOSFET利用罗姆自有设计技术，进一步改进了双沟槽结构，从而改善了上述权衡关系。与传统产品相比，在不牺牲短路耐受时间的前提下，成功将导通电阻降低约40%，实现了行业更低的导通电阻驱动电压，不仅支持以往的18V，还支持15V驱动电压；不仅具有高可靠性，应用性也更强。此外，通过降低芯片中的寄生电容，还实现了更低的开关损耗，降低幅度约为50%。

　　第4代有几个特点，包括低损耗、使用简单和高可靠性。首先是低损耗，第4代新产品对比罗姆的第3代产品，通过降低40%导通阻抗，同样尺寸芯片，第3代大约是30毫欧，第4代能够实现18毫欧的导通阻抗降低，导通损耗会同样降低40%。

　　另外是改善了开关特性，导通阻抗降低后，同样电流和导通阻抗情况下，芯片的尺寸会降低，好处是寄生电容降低，容易实现高速开关特性。在同等导通阻抗情况下芯片会变小，寄生电容等特性都有改善。

　　开关特性大幅度改善可以抑制自开通、误开通。明显减少了寄生电容Cgd，可有效抑制 MOSFET器件的误开通，同样能够保证芯片更高速的开启和关断。

　　第二个特点是使用简便，8-15V栅极电压可以与IGBT等目前广泛应用的栅极驱动电路同时的使用，实现低驱动电压。第3代产品15V驱动和18V驱动，导通阻抗差是30%，也就是说用15V IGBT通用电压驱动不能实现SiC MOSFET的理想状态。第4代产品可以在15V情况下满足一般状态的碳化硅全负载驱动。

　　在负Bias设计方面，为了确保SiC MOSFET关断，需要使用负电压关断。罗姆的产品Vth比较高，无需负电压驱动，即能可靠关断，省去负电压源设计，简化电路。罗姆芯片的高速开关特性使寄生电容减小，也会抑制自开启风险。另外，第4代比第3代产品的内部栅极电阻阻值有明显降低，第3代是7欧姆，第4代是1欧姆，这样有助于调整开关特性，电路设计更加灵活，更容易满足客户需求。在同样栅极电阻阻值下，开关损耗也会比同类产品小很多，进一步提升开关速度，减少开关损耗。

　　第三个特点是高可靠性，第4代SiC MOSFET采用独特的器件结构突破了RonA与短路耐受时间（SCWT）的折中限制，实现了比同类产品更高的短路耐受时间。降低RonA后，通常饱和电流会上升，短路时的峰值电流也会上升，短路耐量时间变短；罗姆第4代产品在降低RonA的同时使饱和电流下降，短路时的峰值电流较低，成功延长了短路耐受时间。

　　据介绍，罗姆第4代SiC MOSFET的应用包括电动汽车主机逆变器/车载充电器/充电桩、光伏逆变器、数据中心、基站和智能电网等高电压和大容量场景，有助于提高电力转换效率，使设备更加节能。

　　据他介绍，第4代SiC MOSFET以三种封装形式供应。新产品阵容包括1200V和750V耐压产品。此外，罗姆还会将模块封装产品添加到产品阵容中。

　　全力以赴扩大产能

　　罗姆一直在不断提升碳化硅元器件的性能，并以晶圆、芯片、分立产品和模块等丰富的供应形式投放市场，不仅如此，还配以能够更大程度地发挥出元器件性能的栅极驱动器等外围电路解决方案，引领行业实现更具创新性的节能和小型化。在供应能力方面，罗姆也是不遗余力，满足全球对碳化硅产品不断增长的需求。罗姆正在全力以赴，持续扩大产能，持续推动赋能汽车等行业的低碳技术，实现社会的可持续发展。