前言

碳化硅器件的技术路线主要有平面型和沟槽型两种。相较于传统的平面栅结构，沟槽型结构可实现性能的显著提升。槽栅结构通过减小栅极到漏极的电容（Cgd）和总体输出电容，能大幅降低开关过程中的能量损耗，加快开关速度，从而提高工作效率和频率响应。

我国碳化硅芯片制造关键技术首次突破

据最新的消息，国家第三代半导体技术创新中心（南京）历经四年自主研发，成功突破了沟槽型碳化硅MOSFET芯片制造的关键技术，标志着我国在这一领域实现了首次重大突破。

在国家第三代半导体技术创新中心（南京）平台，科研人员在第三代半导体——碳化硅芯片产线上检测产品。图源：南京日报/紫金山新闻记者孙中元。

碳化硅作为第三代半导体材料的代表，凭借其宽禁带、高临界击穿电场、高电子饱和迁移速率和高导热率等优良特性，广泛应用于各类高性能电子设备。然而，目前业内使用的碳化硅MOSFET芯片主要为平面型，受到工艺限制，沟槽型碳化硅MOSFET迟迟未能实现量产和应用。

沟槽栅结构相比平面栅结构具有显著优势，包括更低的导通损耗、更好的开关性能和更高的晶圆密度，能够有效降低芯片的使用成本。然而，制造沟槽型碳化硅MOSFET的核心难点在于工艺。碳化硅材料硬度极高，刻蚀过程中的精度和表面处理对器件性能至关重要。国家第三代半导体技术创新中心（南京）组织核心研发团队经过四年多的探索，最终克服了“挖坑”工艺中的精度、稳定性和表面处理等难题，成功制造出导通性能较平面型提升30%的沟槽型碳化硅MOSFET芯片。

这一技术突破为沟槽型碳化硅功率器件的应用奠定了基础，预计一年内，这类芯片将在新能源汽车电驱动、智能电网、光伏储能等领域投入使用。沟槽结构的应用不仅能够进一步降低电阻，提高续航能力，还能通过提高芯片密度，显著降低生产成本。以新能源汽车为例，碳化硅功率器件相比传统硅基器件具备约5%的续航提升优势，沟槽结构的引入将进一步优化功耗表现，从而降低芯片使用成本。

根据市场调研机构Yole的预测，碳化硅功率器件市场将在未来持续增长，预计到2029年全球市场规模将达到100亿美元，2023-2029年的年复合增长率将达到25%。在这一背景下，国家第三代半导体技术创新中心（南京）也已启动碳化硅超集结器件的研发工作，这种新结构预计将拥有比沟槽型结构更优异的性能，为未来技术发展带来更多可能性。