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碳化硅器件的技術(shù)路線主要有平面型和溝槽型兩種。相較于傳統(tǒng)的平面柵結(jié)構(gòu)，溝槽型結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)性能的顯著提升。槽柵結(jié)構(gòu)通過(guò)減小柵極到漏極的電容（Cgd）和總體輸出電容，能大幅降低開(kāi)關(guān)過(guò)程中的能量損耗，加快開(kāi)關(guān)速度，從而提高工作效率和頻率響應(yīng)。
據(jù)最新的消息，國(guó)家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）歷經(jīng)四年自主研發(fā)，成功突破了溝槽型碳化硅MOSFET芯片制造的關(guān)鍵技術(shù)，標(biāo)志著我國(guó)在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了首次重大突破。
在國(guó)家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）平臺(tái)，科研人員在第三代半導(dǎo)體——碳化硅芯片產(chǎn)線上檢測(cè)產(chǎn)品。圖源：南京日?qǐng)?bào)/紫金山新聞?dòng)浾?孫中元。
碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，憑借其寬禁帶、高臨界擊穿電場(chǎng)、高電子飽和遷移速率和高導(dǎo)熱率等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于各類高性能電子設(shè)備。然而，目前業(yè)內(nèi)使用的碳化硅MOSFET芯片主要為平面型，受到工藝限制，溝槽型碳化硅MOSFET遲遲未能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和應(yīng)用。
溝槽柵結(jié)構(gòu)相比平面柵結(jié)構(gòu)具有顯著優(yōu)勢(shì)，包括更低的導(dǎo)通損耗、更好的開(kāi)關(guān)性能和更高的晶圓密度，能夠有效降低芯片的使用成本。然而，制造溝槽型碳化硅MOSFET的核心難點(diǎn)在于工藝。碳化硅材料硬度極高，刻蝕過(guò)程中的精度和表面處理對(duì)器件性能至關(guān)重要。國(guó)家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）組織核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)四年多的探索，最終克服了“挖坑”工藝中的精度、穩(wěn)定性和表面處理等難題，成功制造出導(dǎo)通性能較平面型提升30%的溝槽型碳化硅MOSFET芯片。
這一技術(shù)突破為溝槽型碳化硅功率器件的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)一年內(nèi)，這類芯片將在新能源汽車電驅(qū)動(dòng)、智能電網(wǎng)、光伏儲(chǔ)能等領(lǐng)域投入使用。溝槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)用不僅能夠進(jìn)一步降低電阻，提高續(xù)航能力，還能通過(guò)提高芯片密度，顯著降低生產(chǎn)成本。以新能源汽車為例，碳化硅功率器件相比傳統(tǒng)硅基器件具備約5%的續(xù)航提升優(yōu)勢(shì)，溝槽結(jié)構(gòu)的引入將進(jìn)一步優(yōu)化功耗表現(xiàn)，從而降低芯片使用成本。
根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole的預(yù)測(cè)，碳化硅功率器件市場(chǎng)將在未來(lái)持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2029年全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到100億美元，2023-2029年的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到25%。在這一背景下，國(guó)家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）也已啟動(dòng)碳化硅超集結(jié)器件的研發(fā)工作，這種新結(jié)構(gòu)預(yù)計(jì)將擁有比溝槽型結(jié)構(gòu)更優(yōu)異的性能，為未來(lái)技術(shù)發(fā)展帶來(lái)更多可能性。
此次碳化硅溝槽型MOSFET芯片制造技術(shù)的突破不僅填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)空白，還為推動(dòng)碳化硅器件的大規(guī)模應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著該技術(shù)在新能源汽車、智能電網(wǎng)、光伏儲(chǔ)能等領(lǐng)域的推廣，其高效率、低能耗的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步釋放，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)提升。
碳化硅作為第三代半導(dǎo)體的代表材料，未來(lái)的市場(chǎng)潛力不可限量。隨著溝槽型結(jié)構(gòu)的引入，碳化硅功率器件的性能和成本競(jìng)爭(zhēng)力都將得到顯著提升，助力中國(guó)在全球碳化硅器件市場(chǎng)占據(jù)更加有利的地位。在行業(yè)快速增長(zhǎng)的大背景下，我國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)的突破將進(jìn)一步加速新一代電子設(shè)備的普及應(yīng)用，并推動(dòng)全球市場(chǎng)的技術(shù)迭代和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。