近日，九峰山实验室在碳化硅超结领域取得新进展：完成具有完全自主知识产权的碳化硅多级沟槽超结器件新结构设计，形成了自主可控的成套工艺技术。优化后的超结肖特基二极管可以实现2000V以上的耐压，比导通电阻低至0.997mΩ·c㎡，打破了碳化硅单极型器件的一维极限，同时该超结器件的多级沟槽刻蚀核心工艺研发也已完成。
早在8月1日，九峰山实验室官微发布消息称，6寸碳化硅（SiC）中试线全面通线，首批沟槽型MOSFET器件晶圆下线。实验室已具备碳化硅外延、工艺流程、测试等全流程技术服务能力。
碳化硅（SiC）沟槽结构因其可增加单元密度等独特优势，被认为是碳化硅MOSFET器件未来的主流设计，国内尚处于追赶阶段。
九峰山实验室工艺中心团队在充分调研及大量验证测试的基础上，充分梳理关键工艺及工艺风险点，周密制定开发计划，在4个月内持续续攻克碳化硅（SiC）器件刻蚀均一性差、注入后翘曲度高、栅极底部微沟槽等工艺难点，实现自主IP的碳化硅（SiC）沟槽技术布局，解决了一直困扰业界的沟槽型碳化硅MOSFET器件的多项工艺难题。
碳化硅沟槽MOSFET技术
沟槽式碳化硅MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种基于碳化硅材料的MOSFET器件。碳化硅是一种宽禁带半导体材料，具有高电子迁移率、高击穿电场强度和高热导率等优点，适用于高功率和高温应用。
沟槽式碳化硅MOSFET的结构与传统的沟道式MOSFET类似，都包括源极、漏极和栅极。其中，碳化硅材料作为沟道区域，负责电子传输。栅极通过外加电压控制沟道区域的导电性，实现开关功能。沟槽式结构则是指在沟道区域形成一系列的沟槽，增加了器件的表面积，提高了电流密度和功率处理能力。
沟槽式碳化硅MOSFET具有以下特点：高电子迁移率、高击穿电场强度、高热导率、低导通电阻和高频特性好等特点。广泛应用于高功率电子设备、电力电子和汽车电子等领域，如电力转换器、电机驱动器、电动汽车充电器等。
图源：Carbontech
碳化硅多级沟槽超结器件
碳化硅多级沟槽超结器件是一种基于碳化硅材料的功率器件，它结合了多级结构和沟槽设计，以提高器件的性能和效率。
多级结构：采用多级结构可以增加器件的击穿电压和降低导通电阻。可以设计多个PN结层次，形成串联的结构，提高整体器件的击穿电压。多级结构还可以实现更好的电流均衡，减少电流集中现象，提高器件的可靠性和稳定性。
碳化硅多级沟槽超结器件的工作原理是通过多个PN结层次的串联来实现高击穿电压。沟槽结构增加了器件的表面积，提高了电流密度和功率处理能力。在工作时，外加电压控制沟槽中的电子传输，实现开关功能。由于碳化硅材料的优点，这种器件具有高效率、高可靠性和高性能的特点。
SiC多级沟槽JBS结构示意图及电场仿真（图源：九峰山实验室）
九峰山实验室
九峰山实验室专注于宽禁带半导体新型功率器件技术研究。从材料基础，器件工艺，器件结构和可靠性等共性技术问题出发，重点突破了下一代碳化硅沟槽器件技术、新型SiC沟槽MOSFET及成套工艺技术、新型氧化镓器件及制备技术等。这些核心器件技术的研究将为未来新能源汽车，高效率高功率密度的光伏风能等电力系统提供重要的技术支撑。
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原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：九峰山实验室实现碳化硅超结器件突破：耐压2000V以上，导通电阻创新低