據(jù)多家企業(yè)反饋，目前SiC二極管價格“很卷”，這一方面可以加速替代硅二極管，但另一方面也讓企業(yè)苦惱如何提升產(chǎn)品競爭力。

有企業(yè)判斷，未來SiC二極管也會走硅基二極管的技術路線，從常規(guī)二極管走向超級結架構，這樣可以減小器件的導通電阻，降低器件的生產(chǎn)成本。

最近，“行家說三代半”發(fā)現(xiàn)，通用電氣研究所（GE Research）發(fā)布文獻稱，他們已經(jīng)制造出擊穿電壓為3.8kV的SiC超結JBS器件，其導通電阻僅為4.5mΩ/cm2，這比傳統(tǒng)的單極二極管極限低約45%。

關鍵是，GE這次開發(fā)的SiC超結JBS器件只用了一次外延，他們是怎么做到的？

GE開發(fā)的3.5kV SiC SJ JBS

目前，已經(jīng)有研究機構采用單層和多層外延技術開發(fā)出1.2kV-3.3kV的SiC超結器件，但是要開發(fā)超過3kV以上的SiC超結器件難度蠻大。

這是因為傳統(tǒng)離子注入的注入深度有限，只有幾微米，而＞3kV器件的離子注入深度通常要超過30μm，通常需要進行多次離子注入和外延生長；還有制造商采用溝槽外延填充工藝，但這種方式會導致器件出現(xiàn)缺陷，從而產(chǎn)生過高的漏電流。

而GE開發(fā)了第三種技術：電荷平衡（Charge-Balanced）技術，即采用一個獨特的可擴展漂移層架構，來以替代超級結器件結構。

幾年前，GE用堆疊式電荷平衡 (CB)技術開發(fā)了3.3kV-4.5kV的超結SiC器件，雖然導通損耗是所有4.5kV器件中最低的，但開關延遲較高。在文獻中，GE表示，他們解決了這個問題。

CB器件及制造流程

根據(jù)文獻，其主要過程如下：

● 先在12微米厚的輕摻雜n型外延層中，使用超高能（MeV）離子注入，注入形成P柱和N柱；

●進行12微米的外延過生長；

●進行第二組超高能離子注入；

●在overgrown 外延層中進行第二組超高能注入，以形成24微米的柱層。

其頂部JBS二極管是通過傳統(tǒng)的碳化硅制造工藝形成的，包括鋁注入形成P+JBS和P+ JTE，然后進行場氧化和金屬化。

根據(jù)實驗測試結果，這款SiC SJ JBS 二極管的開啟電壓為 1.4V，在室溫下和150°C 時的導通電阻分別為4.5mΩ/cm2和9.6mΩ/cm2，比碳化硅單極器件極限低約45%，達到的最大擊穿電壓為3.8 kV，3.5 kV 時的漏電流小于 2μA （100μA/cm2）。

這表明，即使連續(xù)兩次進行高能量離子注入，再經(jīng)過2000°C激活退火，該器件在外延生長中也能達到較低的缺陷密度。

GE還通過開發(fā)超結SiC PiN來評估該技術的可靠性。測試顯示，這顆0.5mm2二極管的正向壓降和擊穿電壓的漂移小于 5%，沒有觀察到雙極退化。