據(jù)多家企業(yè)反饋，目前SiC二極管價(jià)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(jìng)爭(zhēng)力。

有企業(yè)判斷，未來(lái)SiC二極管也會(huì)走硅基二極管的技術(shù)路線，從常規(guī)二極管走向超級(jí)結(jié)架構(gòu)，這樣可以減小器件的導(dǎo)通電阻，降低器件的生產(chǎn)成本。

最近，“行家說(shuō)三代半”發(fā)現(xiàn)，通用電氣研究所（GE Research）發(fā)布文獻(xiàn)稱，他們已經(jīng)制造出擊穿電壓為3.8kV的SiC超結(jié)JBS器件，其導(dǎo)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(guān)鍵是，GE這次開(kāi)發(fā)的SiC超結(jié)JBS器件只用了一次外延，他們是怎么做到的？

GE開(kāi)發(fā)的3.5kV SiC SJ JBS

目前，已經(jīng)有研究機(jī)構(gòu)采用單層和多層外延技術(shù)開(kāi)發(fā)出1.2kV-3.3kV的SiC超結(jié)器件，但是要開(kāi)發(fā)超過(guò)3kV以上的SiC超結(jié)器件難度蠻大。

這是因?yàn)閭鹘y(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(guò)30μm，通常需要進(jìn)行多次離子注入和外延生長(zhǎng)；還有制造商采用溝槽外延填充工藝，但這種方式會(huì)導(dǎo)致器件出現(xiàn)缺陷，從而產(chǎn)生過(guò)高的漏電流。

而GE開(kāi)發(fā)了第三種技術(shù)：電荷平衡（Charge-Balanced）技術(shù)，即采用一個(gè)獨(dú)特的可擴(kuò)展漂移層架構(gòu)，來(lái)以替代超級(jí)結(jié)器件結(jié)構(gòu)。

幾年前，GE用堆疊式電荷平衡 (CB)技術(shù)開(kāi)發(fā)了3.3kV-4.5kV的超結(jié)SiC器件，雖然導(dǎo)通損耗是所有4.5kV器件中最低的，但開(kāi)關(guān)延遲較高。在文獻(xiàn)中，GE表示，他們解決了這個(gè)問(wèn)題。

CB器件及制造流程

根據(jù)文獻(xiàn)，其主要過(guò)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(jìn)行12微米的外延過(guò)生長(zhǎng)；

●進(jìn)行第二組超高能離子注入；

●在overgrown 外延層中進(jìn)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(guò)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(jìn)行場(chǎng)氧化和金屬化。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，這款SiC SJ JBS 二極管的開(kāi)啟電壓為 1.4V，在室溫下和150°C 時(shí)的導(dǎo)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(dá)到的最大擊穿電壓為3.8 kV，3.5 kV 時(shí)的漏電流小于 2μA （100μA/cm2）。

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

GE還通過(guò)開(kāi)發(fā)超結(jié)SiC PiN來(lái)評(píng)估該技術(shù)的可靠性。測(cè)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(méi)有觀察到雙極退化。