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2024年7月30日 星期二

Toshiba Developed Technology That Mitigates Parasitic Oscillation in SiC Power Modules Connected in Parallel

 https://www.powersemiconductorsweekly.com/2024/07/26/toshiba-developed-technology-that-mitigates-parasitic-oscillation-in-sic-power-modules-connected-in-parallel/


This article discusses a significant technological advancement by Toshiba in the field of power electronics, specifically for Silicon Carbide (SiC) power modules. Here are the key points:


1. Problem addressed: Parasitic oscillation in SiC power modules with MOSFETs connected in parallel.


2. Solution: Toshiba developed a technology that mitigates this oscillation while using 60% smaller gate resistance than typical.


3. Benefits: 

   - Reduced power loss in power modules

   - Mitigated oscillation

   - Highly reliable switching operations


4. Context: Increasing demand for energy-efficient technologies in renewables, railways, and industrial equipment.


5. Technical approach:

   - Used an equivalent circuit model to determine conditions triggering parasitic oscillation

   - Developed a wiring layout less likely to cause oscillation

   - Focused on the ratio of gate-to-gate inductance (Lg) to source-to-source inductance (Ls)

   - Increasing Lg/Ls ratio proved effective in mitigating oscillation


6. Validation: Prototype modules with different Lg/Ls ratios were fabricated and tested, confirming the effectiveness of the approach.


7. Future plans: Toshiba will continue refining the modules for early product launch.


8. Presentation: The technology was presented at the 36th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD) 2024 in Bremen, Germany.


This development is significant for advancing SiC power module technology, potentially leading to more efficient and reliable power electronics in various applications.



2024年7月24日 星期三

China’s Slowdown Is Taking a Rising Toll on European Profits 2024/7/24

https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-07-23/china-s-slowdown-is-taking-a-rising-toll-on-european-profits?srnd=phx-markets


這篇文章討論了中國經濟放緩對歐洲公司的影響,特別是那些高度依賴中國市場需求的企業。


主要重點:


1. 影響範圍:

   - 奢侈品牌、汽車製造商和工業品製造商都受到了影響。

   - 受影響的公司包括Hugo Boss、Burberry、戴姆勒卡車、LVMH、斯沃琪集團等。


2. 具體影響:

   - LVMH報告第二季度在包括中國在內的地區銷售下降14%。

   - 斯沃琪集團在中國的銷售在上半年下降30%。

   - 多家公司發布了盈利預警。


3. 原因分析:

   - 中國面臨多重問題,包括房地產危機加深、消費支出下降和貿易緊張局勢加劇。


4. 投資建議:

   - 高盛策略師建議投資者出售那些大部分銷售來自中國的歐洲股票。


5. 行業影響:

   - 奢侈品牌、汽車製造商和工業品製造商受到較大影響。

   - 半導體設備製造商如ASML也面臨風險,因為美國可能會對向中國供應先進晶片技術的公司實施新的限制。


6. 中國作為競爭對手:

   - 中國正在多個領域成為歐洲企業的競爭對手,包括半導體和化學品行業。

   - 歐盟對中國製造的電動車徵收臨時關稅,影響了一些公司的銷售預期。


7. 未來展望:

   - 中國當局最近宣布了一些有利於增長的措施,但並未顯示出提振需求或遏制房地產下滑的迫切性。

   - 專家預計,短期內中國對外國商品和服務的需求可能會持續放緩。


這篇文章強調了中國經濟狀況對全球經濟,特別是歐洲企業的重要影響,並提醒投資者和企業密切關注這一趨勢的發展。

2024年7月15日 星期一

經濟學家調查:如果特朗普重返白宮,通脹會比拜登連任更嚴重

更新於 2024年7月15日 11:54 CST    

### 概述


《華爾街日報》對經濟學家的季度調查顯示,多數經濟學家認為,如果特朗普重返白宮,通脹、赤字和利率都將高於拜登連任總統的情況。


### 調查結果


- **通脹與利率**:56%的預測人士認為,特朗普重返白宮會導致通脹率高於拜登連任,16%的人持相反觀點。Economic Outlook Group首席全球經濟學家Bernard Baumohl指出,特朗普的政策有可能導致通脹重新加速,美聯儲需將利率定在更高水平。

- **赤字**:51%的經濟學家預計特朗普上台後聯邦預算赤字會增加,而22%的經濟學家預計拜登上台後赤字會增加。赤字擴大往往會給通貨膨脹和利率帶來上升壓力。

- **稅收計劃**:特朗普希望延長減稅政策,而拜登將允許針對富人的減稅政策到期並提高企業稅率。

- **貿易與移民政策**:特朗普提議對進口商品全面徵收10%的關稅,並對中國進口商品徵收更高關稅,且承諾展開大規模非法移民驅逐行動。拜登則採取措施允許非法移民留在美國。


### 經濟預測


- **GDP與失業率**:經濟學家平均預計,今年美國國內生產總值(GDP)將增長1.7%,低於2023年的3.1%;到2026年,失業率將保持在略高於4%的水平。

- **通脹率**:預計到12月通脹率將降至2.8%,到明年年底降至2.3%。


### 其他觀點


- **政策實施與影響**:特朗普和拜登的政策能否實施取決於國會和法院。Naroff Economics負責人Joel Naroff認為,總統對經濟和通脹的影響通常要小於商業周期和外部衝擊。

- **美聯儲獨立性**:一些經濟學家提到,特朗普試圖遏制美聯儲獨立性的風險,可能影響貨幣政策。


### 結論


經濟學家對特朗普和拜登的經濟政策持不同看法,但普遍認為兩者都沒有表現出對控制赤字的很大興趣。總的來說,特朗普的政策可能會推動通脹上升,而拜登的政策則可能會帶來更多的政府支出。

2024年7月14日 星期日

A New Generation of SiC MOSFETs and .XT

https://eepower.com/industry-articles/sic-mosfet-and-.xt-improved-lifetime-for-your-applications/#

May 26, 2024 by Syeda Qurat ul ain Akbar

### 矽碳化物(SiC)MOSFET新世代技術概述


Infineon 推出了第二代 CoolSiC MOSFET 裝置,涵蓋 650 V、1200 V 和 3300 V 等級,針對高壓工業應用如電動車(EV)充電、工業太陽能逆變器、伺服驅動器、不間斷電源(UPS)和鐵路牽引。對於低壓應用如伺服器的功率因數校正、多層太陽能拓撲結構和高功率驅動,Infineon 將發布 400 V SiC MOSFET,通道電阻範圍從 11 mΩ 到 45 mΩ,並提供 TOLL 和 D2PAK-7 兩種封裝。


#### 工業級 CoolSiC MOSFET 650 V 概述


Infineon 最新的 650 V 離散型 MOSFET 基於第二代(G2)SiC 溝槽技術。第一代(G1)CoolSiC 溝槽技術專注於提供可靠性能並在性能與可靠性之間實現行業領先的平衡。G2 在此基礎上提升了性能、使用靈活性和先進封裝技術,同時保持 G1 的可靠性和耐用性。G2 SiC MOSFET 的開關行為顯著提升,適合高頻設計,特別是軟開關拓撲結構,並提高了系統功率密度。


#### 1200 V MOSFET 系列


Infineon 的 .XT 晶片互連技術使得更小的外形尺寸和優異的熱性能成為可能。新的 CoolSiC MOSFET 1200 V G2 使用 .XT 技術,提供了 12% 更好的結到殼熱阻,從而可以實現更高的輸出電流和更長的器件壽命。這些器件能夠在高達 200°C 的結溫下工作,適合在過載條件下提供更多的可靠性。


#### 縮短死區時間的額外好處


現今的 MOSFET 能夠在幾十納秒(ns)內切換。通過縮短驅動電壓的死區時間,可以顯著減少器件的恢復損耗和開通損耗。CoolSiC MOSFET G2 的寄生電容改進,使得所需的死區時間減少了 30%。


#### 2 kV 離散型 CoolSiC MOSFET


新的 2 kV 離散型 CoolSiC MOSFET 使能源儲存和光伏系統的設計更加高效、成本更低且簡化。2 kV CoolSiC MOSFET 和二極管在 1500 VDC 系統中具有優化的開關性能和高阻斷電壓,非常適合 1500 VDC 系統。


#### 高功率矽碳化物模組


Infineon 推出了兩款新的 3.3 kV 矽碳化物模組,使用 .XT 互連技術。這些模組設計用於提供高功率(約 1.5 MW)的應用,具有出色的功率密度和更低的總損耗。這些模組在鐵路牽引等應用中表現出色,提供了更高的效率和更長的器件壽命。


### 總結


Infineon 的第二代 CoolSiC MOSFET 技術在性能、使用方便性和可靠性方面都取得了顯著進步,並通過先進的封裝技術進一步增強了其優勢。這些技術提升將使高壓和高功率應用的設計更加高效、可靠且易於實現。

 

2024年7月10日 星期三

Trench Warfare: A SiC Battleground

 https://www.pgcconsultancy.com/post/trench-warfare-a-sic-battleground

# 一般報告


## 簡介

- 本文探討了碳化矽(SiC)MOSFET技術中平面設計與溝槽設計之間的差異,並分析這些設計在商業上的影響及未來展望。

- 核心發現包括:平面設計和溝槽設計在成本、效率、可靠性上的權衡;不同公司在這兩種設計上的策略選擇;以及未來市場趨勢的預測。


## 第一部分:芯片設計的權衡

- 碳化矽MOSFET的設計涉及在芯片尺寸、效率(電阻和開關損耗)以及可靠性和穩健性之間進行權衡。設計師的目標是通過減少每單位面積的特定導通電阻(Ron.A)來最小化芯片面積,從而提高每片晶圓的產出數量。

- 小而高功率密度的SiC MOSFET芯片有助於減少開關損耗,並最大化每片晶圓的設備數量。然而,功率密度的增加會導致芯片內部的操作溫度升高,這對芯片的可靠性和在故障或過載條件下的生存能力有重大影響。


## 第二部分:平面設計與溝槽設計

- 平面MOSFET和溝槽MOSFET的主要區別在於其金屬-氧化物-半導體(MOS)界面的方向。平面設計的MOS界面是橫向的,而溝槽設計則是垂直的,這使得溝槽設計可以實現更緊湊和低電阻的設計。

- 平面設計的單元電池包含兩個MOS通道、漂移區和提供機械支撐的厚基板。減少單元電池的間距是降低電阻的有效方法,但平面設計的間距減少能力有限。相反,溝槽設計通過在SiC表面刻蝕垂直溝槽來實現顯著的間距減少,從而縮小芯片面積並增加每片晶圓的產出數量。


## 第三部分:溝槽設計的挑戰

- 溝槽MOSFET的緊湊佈局會導致每單位面積產生更多的熱量,這會影響MOSFET的可靠性,特別是閘極氧化層的長期生存能力。此外,電阻隨溫度增加而增加,限制了通過設備的電流量。

- 溝槽設計的複雜性也帶來挑戰。保護溝槽閘極氧化層免受高電場影響是設計的關鍵,許多有效的保護方法已經被專利保護,限制了新進入者的操作自由度。


## 第四部分:商業影響

- 目前,選擇溝槽設計的主要SiC IDM包括Rohm和英飛凌,而Wolfspeed、STMicroelectronics和onsemi則選擇了平面設計。在汽車驅動逆變器市場,平面MOSFET似乎更受歡迎,這可能是因為這個市場對於長期可靠性和穩健性的要求更高。

- 然而,在其他應用如車載充電器、數據中心和工業機器中,溝槽MOSFET在效率和成本上的優勢可能更具吸引力,這解釋了Rohm和英飛凌在這些市場中的成功。


## 第五部分:未來展望

- 隨著市場對更高效率和更低成本的需求增加,預計未來幾年溝槽設計將在SiC MOSFET市場中佔據更大的份額。IDM將推動特定導通電阻的降低,提高產量並降低成本,同時提高效率。

- 雖然目前汽車驅動逆變器市場由平面產品主導,但隨著每個製造商通過其第一代SiC逆變器並獲得道路數據,對更低芯片成本的需求可能會超過之前的謹慎。這將導致那些早期領先於溝槽MOSFET開發的IDM與目前主導市場的平面產品製造商之間的競爭加劇。


## 結論

- 本報告總結了平面設計和溝槽設計在SiC MOSFET中的主要區別及其商業影響。雖然平面設計在汽車驅動逆變器市場中更為成功,但溝槽設計在其他應用中具有潛在優勢。未來,隨著市場需求的變化,溝槽設計有望在SiC MOSFET市場中獲得更大的份額。

2024年7月9日 星期二

The Road to Lowering SiC Resistances


 https://www.powerelectronicsnews.com/the-road-to-lowering-sic-resistances/

2022/7/4

### 概述

隨著矽基功率MOSFET經過數十年的優化,其電阻已經降低到極限。然而,對於碳化矽(SiC)MOSFET來說,情況並非如此。自十年前商業化以來,SiC功率MOSFET製造商通常每推出一代新設備,其特定導通電阻(RDS(on))會減少30%到40%。本文基於PGC Consultancy的分析,探討當今650V和1200V SiC MOSFET的問題,包括優化閘極氧化物的可靠性,這可以減少特定導通電阻,進而降低SiC的成本。


### 碳化矽MOSFET的突破性電壓考量


PGC Consultancy比較了不同商業MOSFET的性能,發現最佳的650V MOSFET在1250V時擊穿,而最佳的1200V MOSFET在1550V時擊穿,顯示出SiC設備的過度設計。相比之下,理想的矽設備會設計成在其額定電壓稍高的地方擊穿,具有50到100V的裕量。這意味著現有商業化的SiC設備的漂移區電阻比實際需要的要高。

主要解釋 SiC MOSFET 過度設計的原因是閘極氧化物的可靠性。雖然 SiC 能夠承受高臨界電場,但閘極氧化物的漏電(以及其可靠性)與其所受的電場成正比。例如,如果 650V 的設備在 700V 時就擊穿,閘極下方的高電場會導致產量問題,高比例的設備會在閘極應力燒入測試中失效。因此,漂移區的過度設計實際上是 MOSFET 的降額設計,以確保閘極的可靠性。

### SiC MOSFET的電阻分解


SiC MOSFET的電阻由多個因素組成,其中唯一隨阻斷電壓變化的成分是漂移區電阻(RDr)。其他固定電阻成分應該比RDr小,使設備能夠達到理想的單極限制。主要固定電阻包括高摻雜基板電阻(RSubs)、通道電阻(RCh)和JFET區電阻(RJFET)。此外,總電阻僅考慮設備的有效區域,不包括終端和劃線區域。


### SiC的限制


SiC的單極限制圖表顯示了在減去估計的封裝電阻和僅使用晶片的有效區域後,最佳MOSFET的重新計算結果。圖中還加入了SiC通道和基板電阻的估計值,代表電壓無關的水平線。“降額SiC單極限制”曲線表示為確保閘極氧化物可靠性而將MOSFET降額至其潛在電壓額定值的50%的效果。解決閘極氧化物問題對所有SiC芯片製造商來說都是優先任務,因為這有助於減少通道電阻和降額。同時,較薄的基板和較低的電阻也有助於進一步減少損耗。


### 結論


解決SiC MOSFET的閘極氧化物可靠性問題和減少固定電阻成分是降低其特定導通電阻的關鍵。這不僅有助於提高SiC設備的性能,還能降低成本,推動其在高壓應用中的採用。









以下是對選定文本的釐清和相關技術術語的定義:

### 文本釐清

**Split-down resistance of SiC MOSFET**
碳化矽(SiC)MOSFET的總電阻由多種因素組成,如圖2所示。其中,唯一隨阻斷電壓變化而變化的組件是漂移區電阻(R Dr)。所有其他固定電阻組件應小於R Dr,從而使器件能夠達到理想的單極限值,就像矽器件一樣。

圖2展示了影響SiC MOSFET電阻的因素。

最大的固定電阻包括高摻雜基板電阻(R Subs)、通道電阻(R Ch)和JFET區域電阻(R JFET)。

此外,總電阻僅考慮器件的有效區域,不包括器件周圍用於終端和劃線的SiC區域,即不承載電流的區域。

圖3展示了PGC Consultancy如何建模每個組件對總SiC特定導通電阻的影響,針對650V和1200V額定電壓的器件。兩者之間的主要區別在於漂移區,而其他組件的貢獻基本上與電壓無關。

在固定貢獻者中,通道電阻是最大的。

當氧化時,矽和SiC都會產生二氧化矽(SiO2),這是MOS晶體管中使用的絕緣體。

對於矽,這個過程會產生一個幾乎完美且光滑的界面,不會阻礙電子通過。

然而,當SiC氧化時,一些碳會留在SiO2/SiC界面,這會散射電子,阻礙其通過。

因此,SiC的通道遷移率約為20到30 cm²/V·s(相比之下,矽為200 cm²/V·s),因此,SiC的通道電阻比矽高出10倍。

基板電阻來自SiC的N+起始基板,該基板具有相對較高的電阻率。

通過減薄可以降低這種電阻,事實證明,大多數芯片製造商在製造後將350微米的SiC基板厚度減少到100-150微米。

在平面設計中,可以通過在閘極下方使用高摻雜區域(稱為“電荷存儲層”)來減少JFET區域電阻。

在溝槽設計中,這一組件的貢獻被消除。

### 技術術語定義

1. **SiC MOSFET (碳化矽MOSFET)**
   - **定義**:由碳化矽製成的金屬氧化物半導體場效應晶體管,具有高耐壓、高頻率和高效率的特性。
   - **應用**:廣泛應用於電力電子、高頻和高溫環境中。

2. **Drift Region Resistance (漂移區電阻, R Dr)**
   - **定義**:在MOSFET中,漂移區是承受電壓的主要區域,其電阻隨阻斷電壓的增加而增加。
   - **應用**:漂移區電阻是影響MOSFET總電阻和性能的重要因素。

3. **Channel Resistance (通道電阻, R Ch)**
   - **定義**:MOSFET中電子通過通道時遇到的電阻。對於SiC,由於界面缺陷,其通道電阻比矽高。
   - **應用**:通道電阻是影響MOSFET導通電阻和開關性能的關鍵因素。

4. **Substrate Resistance (基板電阻, R Subs)**
   - **定義**:來自半導體基板的電阻。對於SiC,N+基板的電阻率較高,但可以通過減薄基板來降低。
   - **應用**:基板電阻影響器件的導通電阻和散熱性能。

5. **JFET Region Resistance (JFET區域電阻, R JFET)**
   - **定義**:在MOSFET中,JFET區域的電阻。通過設計優化可以減少或消除這種電阻。
   - **應用**:在平面設計中使用高摻雜區域或在溝槽設計中消除JFET區域電阻,可以提高器件性能。
JFET區域存在於MOSFET中是因為在結構上需要形成一個高摻雜區域來控制電流流動,這有助於提高器件的耐壓能力和開關性能

6. **Channel Mobility (通道遷移率)**
   - **定義**:電子在MOSFET通道中移動的速度,單位為cm²/V·s。SiC的通道遷移率低於矽,導致其通道電阻較高。
   - **應用**:高遷移率有助於提高MOSFET的開關速度和效率。

7. **Charge Storage Layer (電荷存儲層)**
   - **定義**:在平面設計中,位於閘極下方的高摻雜區域,用於降低JFET區域電阻。
   - **應用**:通過引入電荷存儲層,可以減少MOSFET的總電阻,提高性能。

### 總結
這段文本詳細描述了SiC MOSFET的電阻組成及其影響因素。理解這些技術術語和概念有助於更好地設計和優化SiC MOSFET,以提高其性能和可靠性。

### 突破性電壓考量

#### 釐清文本

PGC Consultancy 比較了不同商業 MOSFET 的性能,發現最佳的 650V MOSFET 在 1250V 時擊穿,而最佳的 1200V MOSFET 在 1550V 時擊穿,顯示出 SiC 設備的過度設計。相比之下,理想的矽設備會設計成在其額定電壓稍高的地方擊穿,具有 50 到 100V 的裕量。這意味著現有商業化的 SiC 設備的漂移區電阻比實際需要的要高。

主要解釋 SiC MOSFET 過度設計的原因是閘極氧化物的可靠性。雖然 SiC 能夠承受高臨界電場,但閘極氧化物的漏電(以及其可靠性)與其所受的電場成正比。例如,如果 650V 的設備在 700V 時就擊穿,閘極下方的高電場會導致產量問題,高比例的設備會在閘極應力燒入測試中失效。因此,漂移區的過度設計實際上是 MOSFET 的降額設計,以確保閘極的可靠性。

#### 技術術語定義

1. **MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)**:
   - 金屬氧化物半導體場效電晶體,是一種用於開關和放大電子信號的場效電晶體。

2. **SiC(Silicon Carbide)**:
   - 碳化矽,是一種具有高熱導率和高臨界電場強度的半導體材料,常用於高壓和高溫應用。

3. **RDS(on)(On-Resistance)**:
   - 導通電阻,指 MOSFET 在導通狀態下源極和漏極之間的電阻。

4. **擊穿電壓(Breakdown Voltage)**:
   - 是指 MOSFET 在不受損的情況下可以承受的最大電壓。超過此電壓會導致設備擊穿並永久損壞。

5. **漂移區電阻(Drift Region Resistance, RDr)**:
   - 漂移區是 MOSFET 結構中的一部分,其電阻是隨阻斷電壓變化的主要因素。

6. **閘極氧化物(Gate Oxide)**:
   - 在 MOSFET 中,閘極氧化物是一層薄的絕緣材料,通常是二氧化矽(SiO2),位於閘極和通道之間,用來控制電流的流動。

7. **降額設計(Derating)**:
   - 是指為了提高設備的可靠性,將其操作條件設計在低於其最大額定值的範圍內。

8. **閘極應力燒入(Gate Stress Burn-in)**:
   - 是一種測試方法,用於在高應力條件下運行 MOSFET 以檢測其可靠性和耐久性。

透過這些技術術語的定義,我們可以更好地理解文本中討論的 SiC MOSFET 的設計挑戰和考量因素。

650V MOSFET 和 1200V MOSFET 的主要差異主要在於它們的設計和應用電壓範圍。以下是一些具體的差異點:

### 1. **擊穿電壓**
- **650V MOSFET**:設計用於650V的應用,但實際上可以在更高的電壓(如1250V)下擊穿,顯示其過度設計的特性。
- **1200V MOSFET**:設計用於1200V的應用,但實際上可以在更高的電壓(如1550V)下擊穿,同樣顯示其過度設計。

### 2. **漂移區電阻(Drift Region Resistance, RDr)**
- 這是兩者之間最主要的差異。漂移區電阻隨著阻斷電壓的增加而增加,因此1200V MOSFET的漂移區電阻會比650V MOSFET更高。

### 3. **應用場景**
- **650V MOSFET**:通常用於中等電壓應用,如電源供應器、光伏逆變器和電動車充電器等。
- **1200V MOSFET**:通常用於更高電壓應用,如高壓電動車驅動系統、工業電機驅動器和高壓電源系統等。

### 4. **設計考量**
- **650V MOSFET**:需要考慮的主要是如何在相對較低的電壓下保持高效能和可靠性。
- **1200V MOSFET**:需要考慮更高的電壓應力,這要求更高的材料純度和更精細的製造工藝來確保可靠性和性能。

### 5. **封裝與散熱**
- 由於1200V MOSFET通常會承受更高的功率損耗,因此在封裝和散熱設計上需要更高的要求,以確保在高功率運行時能有效散熱。

### 6. **成本**
- 由於1200V MOSFET的製造工藝更複雜,材料要求更高,因此其成本通常比650V MOSFET高。

### 總結
650V MOSFET 和 1200V MOSFET 的主要差異在於它們的設計擊穿電壓和漂移區電阻。這些差異決定了它們在不同電壓應用中的適用性和性能要求。在設計和應用中,必須根據實際需求選擇合適的MOSFET,以確保系統的可靠性和效能。

閘極的可靠性可以通過改變材料來提升。以下是一些常見的方法和材料選擇,以提高MOSFET閘極的可靠性:

### 1. **高品質的閘極氧化物材料**
- **矽氧化物(SiO2)**:傳統的MOSFET閘極材料,但在高電壓應用中可能會面臨可靠性問題。
- **氮氧化矽(SiON)**:在矽氧化物中摻入氮,可以提高其耐電場強度和可靠性。
- **氧化鋁(Al2O3)**:具有高介電常數和良好的熱穩定性,可以有效提升閘極的耐壓能力和可靠性。

### 2. **高介電常數(High-k)材料**
- **鉿氧化物(HfO2)**:具有高介電常數,可以在不增加漏電流的情況下減少閘極氧化物的厚度,從而提高耐壓能力和可靠性。
- **鋯氧化物(ZrO2)**:也是一種高介電常數材料,具有良好的熱穩定性和電氣性能。

### 3. **複合材料**
- **多層結構**:使用多層氧化物材料(如SiO2/HfO2堆疊),可以結合各種材料的優點,提高閘極的整體性能和可靠性。
- **摻雜技術**:在氧化物中摻入其他元素(如氮、鋁),可以改善材料的電氣性能和耐久性。

### 4. **改進製程技術**
- **熱氧化法**:通過控制氧化過程中的溫度和氣氛,可以生長出高品質的氧化層,減少缺陷和漏電。
- **原子層沉積(ALD)**:這是一種精確控制薄膜厚度的技術,可以生長出均勻且高品質的氧化層,提高閘極的可靠性。

### 5. **表面處理技術**
- **氮化處理**:在氧化物層表面進行氮化處理,可以提高氧化物層的耐電場強度和可靠性。
- **鈍化技術**:通過表面鈍化,可以減少界面缺陷和陷阱密度,從而提高閘極的可靠性。

### 6. **先進的封裝技術**
- **氣密封裝**:通過氣密封裝技術,可以防止環境中的水分和氧氣侵蝕閘極材料,進而提高可靠性。
- **低應力封裝**:使用低應力封裝材料,可以減少封裝過程中對閘極的機械應力,從而提高可靠性。

### 總結
通過選擇適當的氧化物材料(如高介電常數材料)、改進製程技術(如原子層沉積)、進行表面處理(如氮化處理)以及採用先進的封裝技術,可以顯著提高MOSFET閘極的可靠性。這些方法不僅能提高閘極的耐壓能力,還能減少漏電流和界面缺陷,從而延長器件的使用壽命並提高其整體性能。

除了改變閘極材料外,還有多種方法可以提升MOSFET的可靠性。以下是一些常見的方法:

### 1. **優化設計參數**
- **降低閘極電場**:通過設計優化,如增加閘極氧化物厚度或使用高介電常數材料,可以降低閘極下的電場強度,從而減少漏電和電場誘導的破壞。
- **改進閘極結構**:採用雙層或多層閘極結構,可以有效分散電場,減少單一層次上的應力。

### 2. **改進製程技術**
- **精密控制製程參數**:在製造過程中嚴格控制溫度、時間和氣氛等參數,以減少製程引入的缺陷。
- **清潔製程環境**:確保製程環境的潔淨度,減少污染物對器件的影響。

### 3. **表面處理技術**
- **鈍化技術**:在晶片表面進行鈍化處理,減少表面缺陷和陷阱密度,從而提高器件的穩定性和可靠性。
- **氮化處理**:在表面進行氮化處理,可以提高材料的耐電場強度和抗氧化能力。

### 4. **先進封裝技術**
- **低應力封裝**:使用低應力封裝材料和技術,減少封裝過程中對器件的機械應力。
- **氣密封裝**:通過氣密封裝技術,防止環境中的水分和氧氣侵蝕器件,從而提高可靠性。

### 5. **熱管理技術**
- **散熱設計**:優化器件的散熱設計,如使用高效散熱片、熱管或液冷技術,減少熱應力對器件的影響。
- **降低工作溫度**:通過降低器件的工作溫度,可以延長其使用壽命並提高可靠性。

### 6. **電路保護措施**
- **過壓保護**:在電路中加入過壓保護元件,如TVS二極體或壓敏電阻,防止瞬態過壓對MOSFET的損害。
- **過流保護**:使用過流保護電路,如熔斷器或限流電路,防止過大電流對器件的損害。

### 7. **可靠性測試與篩選**
- **壽命測試**:進行加速壽命測試,模擬器件在極端條件下的工作狀態,提前發現潛在的可靠性問題。
- **篩選測試**:在出廠前進行嚴格的篩選測試,剔除早期失效的器件,確保出廠產品的高可靠性。

### 8. **改進電路設計**
- **冗餘設計**:在關鍵電路中引入冗餘設計,如並聯多個MOSFET,以提高系統的容錯能力和可靠性。
- **適當的工作條件**:確保器件在其規範的工作條件內運行,避免過壓、過流和過熱等極端條件。

### 總結
通過優化設計參數、改進製程技術、進行表面處理、採用先進封裝技術、加強熱管理、實施電路保護措施、進行可靠性測試與篩選以及改進電路設計等多種方法,可以顯著提升MOSFET的可靠性,延長其使用壽命並提高其整體性能。這些方法相輔相成,綜合運用可以達到最佳的可靠性提升效果。

除了改變閘極材料和優化設計參數外,還有多種方法可以提高MOSFET的耐壓能力。以下是一些常見的措施:

### 1. **使用高壓半導體材料**
- **碳化矽(SiC)**:SiC具有更高的擊穿電場強度和熱導率,適合高壓應用。
- **氮化鎵(GaN)**:GaN同樣具有高擊穿電場和高電子遷移率,適合高頻和高壓應用。

### 2. **改進漂移區設計**
- **增加漂移區長度**:延長漂移區的長度可以提高器件的耐壓能力,但會增加導通電阻。
- **摻雜控制**:通過精確控制漂移區的摻雜濃度,可以在不顯著增加導通電阻的情況下提高耐壓能力。

### 3. **採用場板技術**
- **場板(Field Plate)**:在漂移區上方添加場板結構,可以均勻分佈電場,減少局部電場強度,從而提高耐壓能力。

### 4. **改進終端結構**
- **場環(Field Ring)**:在器件邊緣添加場環結構,可以有效分散邊緣的電場,防止邊緣擊穿。
- **場板終端**:在終端區域使用場板技術,進一步分散電場,提高整體耐壓能力。

### 5. **採用SOI技術**
- **絕緣體上硅(SOI)技術**:在SOI結構中,漂移區下方有一層絕緣體,可以有效防止漏電流,從而提高耐壓能力。

### 6. **熱處理技術**
- **退火處理**:通過高溫退火,可以修復製程中引入的缺陷,減少漏電流,從而提高耐壓能力。
- **快速熱退火(RTA)**:使用快速熱退火技術,可以在短時間內進行高溫處理,有效提高材料品質和耐壓能力。

### 7. **表面鈍化技術**
- **表面氮化**:在器件表面進行氮化處理,可以提高表面耐壓能力和抗氧化性。
- **鈍化層覆蓋**:在器件表面覆蓋一層鈍化材料(如氮化矽),可以減少表面缺陷和漏電流,提高耐壓能力。

### 8. **封裝技術**
- **低應力封裝**:使用低應力封裝材料和技術,減少封裝過程中對器件的機械應力,從而提高耐壓能力。
- **氣密封裝**:通過氣密封裝技術,防止環境中的水分和氧氣侵蝕器件,提高耐壓能力。

### 9. **電路設計優化**
- **過壓保護電路**:在電路中加入過壓保護元件,如TVS二極體或壓敏電阻,防止瞬態過壓對MOSFET的損害。
- **適當的工作條件**:確保器件在其規範的工作條件內運行,避免過壓、過流和過熱等極端條件。

### 總結
通過使用高壓半導體材料、改進漂移區設計、採用場板技術、改進終端結構、採用SOI技術、進行熱處理、表面鈍化、改進封裝技術以及優化電路設計等多種方法,可以顯著提高MOSFET的耐壓能力。這些措施可以綜合運用,以達到最佳的耐壓性能和可靠性。

閘極的可靠度對MOSFET的耐壓能力有著重要影響,這主要是由於以下幾個原因:

### 1. **閘極氧化層的質量**
- **絕緣特性**:閘極氧化層(通常是SiO2或其他高介電常數材料)是MOSFET的重要組成部分,它的主要作用是絕緣閘極與通道。氧化層的質量直接影響其絕緣性能。如果氧化層中存在缺陷或不均勻,可能會導致局部電場集中,從而降低器件的耐壓能力。
- **擊穿電壓**:高質量的氧化層具有更高的擊穿電壓,能夠承受更高的電場強度,從而提高整個MOSFET的耐壓能力。

### 2. **閘極漏電流**
- **漏電流控制**:閘極氧化層的可靠性直接影響閘極漏電流。如果氧化層存在缺陷,會導致漏電流增加,這不僅會影響器件的正常工作,也會降低其耐壓能力。高漏電流可能會引起熱效應,進一步加劇氧化層的劣化,最終導致擊穿。
- **熱電子效應**:在高電場下,電子可能會穿過氧化層進入閘極,這種現象被稱為熱電子效應。這會加速氧化層的劣化,降低其可靠性和耐壓能力。

### 3. **電場分佈**
- **均勻電場分佈**:閘極的設計和材料質量影響電場在氧化層內的分佈。高質量的閘極材料和結構設計可以確保電場均勻分佈,避免局部電場過高,從而提高耐壓能力。
- **電場集中區域**:如果閘極氧化層存在缺陷或不均勻,會導致局部電場集中,這些高電場區域更容易發生擊穿,從而降低整個器件的耐壓能力。

### 4. **長期穩定性**
- **電荷捕獲與釋放**:在長期工作中,氧化層可能會捕獲並釋放電荷,這會導致閘極電壓漂移和不穩定性。這種現象會影響MOSFET的開關特性和耐壓能力。
- **時間依賴性介電擊穿(TDDB)**:這是一種隨著時間推移而發生的氧化層劣化現象。高質量的氧化層能夠延緩TDDB的發生,提高器件的長期耐壓能力。

### 5. **製程變異**
- **製程一致性**:製造過程中的變異會影響氧化層的質量和厚度一致性。高可靠度的閘極材料和製程技術可以減少這些變異,確保每個器件都具有一致的耐壓能力。
- **缺陷密度**:製程中的微小缺陷會累積在氧化層中,這些缺陷是擊穿的潛在起點。高可靠度的製程技術可以減少缺陷密度,提高氧化層的整體質量和耐壓能力。

### 總結
閘極的可靠度對MOSFET的耐壓能力有著直接且深遠的影響。高質量的閘極材料和優化的製程技術可以確保氧化層的絕緣性能、減少漏電流、均勻電場分佈、提高長期穩定性,從而顯著提升MOSFET的耐壓能力。這些因素相輔相成,共同決定了器件的整體性能和可靠性。

電場的分佈確實是影響MOSFET整體可靠度和耐壓能力的重要因素之一,但並不是唯一的因素。以下是電場分佈如何影響裝置可靠度的詳細說明,以及其他相關因素:

### 電場分佈對可靠度的影響

1. **局部電場集中**
   - **熱電子效應**:局部電場過高會導致熱電子效應,電子穿透氧化層進入閘極,這會加速氧化層的劣化,降低其可靠性和耐壓能力。
   - **擊穿電壓降低**:局部電場集中區域更容易發生電擊穿,這會降低器件的整體耐壓能力。

2. **均勻電場分佈**
   - **減少局部應力**:均勻的電場分佈可以減少局部電場強度,降低應力集中,從而提高器件的可靠性和耐久性。
   - **提高擊穿電壓**:均勻電場分佈有助於提高器件的整體擊穿電壓,從而提升耐壓能力。

### 其他影響裝置可靠度的因素

1. **材料質量**
   - **高質量閘極氧化層**:高質量的氧化層材料(如SiO2、HfO2等)具有較高的絕緣性能和擊穿電壓,能夠提高器件的可靠性。
   - **半導體材料**:使用高質量的半導體材料(如SiC、GaN等)可以提高器件的耐壓能力和可靠性。

2. **製程技術**
   - **精密製程控制**:製造過程中的精密控制可以減少缺陷和變異,確保每個器件都具有一致的性能。
   - **熱處理技術**:適當的熱處理(如退火、快速熱退火)可以修復製程中引入的缺陷,提高材料的質量和可靠性。

3. **設計參數**
   - **漂移區設計**:優化漂移區長度和摻雜濃度,可以在不顯著增加導通電阻的情況下提高耐壓能力。
   - **終端結構**:使用場環、場板等終端結構設計,可以有效分散電場,防止邊緣擊穿。

4. **封裝技術**
   - **低應力封裝**:使用低應力封裝材料和技術,減少封裝過程中對器件的機械應力,提高可靠性。
   - **氣密封裝**:通過氣密封裝技術,防止環境中的水分和氧氣侵蝕器件,提高長期穩定性。

5. **工作條件**
   - **適當的應用環境**:確保器件在其規範的工作條件內運行,避免過壓、過流和過熱等極端條件,這些條件會加速器件的劣化,降低可靠性。
   - **過壓保護**:在電路中加入過壓保護元件(如TVS二極體或壓敏電阻),防止瞬態過壓對MOSFET的損害。

### 總結
電場分佈確實是影響MOSFET整體可靠度和耐壓能力的重要因素之一。均勻的電場分佈可以減少局部電場集中,降低應力和熱電子效應,從而提高器件的可靠性和耐壓能力。然而,材料質量、製程技術、設計參數、封裝技術和工作條件等多種因素也同樣對MOSFET的可靠性和耐壓能力有著重要影響。這些因素相互作用,共同決定了器件的整體性能和可靠性。

2024年7月8日 星期一

Heraeus Electronics and Bosch Sign Patent and Know-How License Agreement for Inorganic Potting Technology at PCIM Europe Exhibition

https://www.heraeus.com/en/het/company_het/press_and_news_het/2023_2/06_heraeus_bosch_patent.html

 2023/6

概述:

Heraeus Electronics與Robert Bosch GmbH在德國紐倫堡舉行的PCIM Europe展覽會上簽署了一項專利和技術許可協議。該協議允許Heraeus Electronics訪問Bosch的專利組合,以加速其無機灌封化合物CemPack®的開發,用於電力模組的封裝。


Heraeus Electronics負責人Dr. Klemens Brunner表示,Heraeus和Bosch的專業知識結合,將帶來一種新型封裝材料,提升電力電子封裝的水平,使其能夠充分發揮新一代半導體的潛力。


該封裝材料具有優異的熱導率(>5 W/m/K)和極高的耐溫性(高達300°C),從而提高了功率密度和可靠性。許可協議還允許將應用範圍擴展到被動元件(磁性元件、電容器或電阻器)、電動機(定子)或其他需要與散熱器形成熱橋並確保環境保護的設備的封裝。


Heraeus Electronics電力電子材料業務線負責人Michael Jörger表示,這類合作展示了開放創新對加速開發周期的重要性,是Heraeus創新實力的絕佳範例。


Bosch企業部門研究和先進工程執行副總裁Dr. Peter Wolfangel表示,與Heraeus分享這項新技術的知識和知識產權,將提供符合最高性能和可靠性標準的無機灌封化合物。像Bosch一樣,Heraeus致力於卓越,並以創新產品塑造市場的聲譽著稱。


該協議具有重要意義,因為電力模組作為向電氣化過渡的關鍵組件需求不斷增加。Heraeus Electronics憑藉其現有的半導體功率芯片封裝和互連材料組合,已經提供了如燒結膏、DTS和無銀AMB等尖端解決方案。

釐清和定義以下文本中的技術術語:


**無機灌封化合物CemPack®,用於電力模組的封裝**


1. **無機灌封化合物**(Inorganic Potting Compound):

   - **定義**:一種材料,用於將電子元件或模組封裝在內部,提供保護和隔熱。與有機灌封化合物不同,無機灌封化合物通常由無機材料組成,具有更高的耐溫性和穩定性。

   - **應用**:廣泛用於需要高溫操作和長期穩定性的電子設備中,以保護元件免受環境影響如濕氣、塵土和機械應力。


2. **CemPack®**:

   - **定義**:Heraeus Electronics開發的一種專有無機灌封化合物品牌名稱。該材料專門設計用於高性能應用,提供卓越的熱導率和耐溫性。

   - **應用**:主要用於電力模組的封裝,確保元件在高功率和高溫環境下的可靠運行。


3. **電力模組**(Power Modules):

   - **定義**:一種包含多個功率半導體元件(如IGBT、MOSFET)的組件,用於控制和轉換電能。這些模組通常集成在一起,形成一個完整的電力電子系統。

   - **應用**:廣泛應用於電動車、可再生能源系統、工業機械和電力傳輸等領域,負責高效地管理和分配電能。


**總結**:

無機灌封化合物CemPack®是一種由Heraeus Electronics開發的專有材料,專門用於電力模組的封裝。這種材料具有優異的熱導率和耐高溫性能,確保電力模組在高功率和高溫環境下能夠穩定運行。電力模組則是包含多個功率半導體元件的組件,用於高效地控制和轉換電能。

無機灌封化合物與有機灌封化合物在組成、性能和應用上有顯著的區別。以下是它們的主要區別:


### 無機灌封化合物

1. **組成**:

   - 主要由無機材料(如陶瓷、玻璃、矽膠等)組成。


2. **性能**:

   - **耐高溫**:無機灌封化合物通常具有極高的耐溫性,能夠承受超過200°C甚至更高的工作溫度。

   - **熱導率**:無機材料通常具有較高的熱導率,能有效散熱。

   - **穩定性**:在極端環境下(如高溫、高壓、腐蝕性環境)具有優異的化學穩定性和機械強度。

   - **電絕緣性**:無機材料通常具有良好的電絕緣性能。


3. **應用**:

   - 適用於需要高溫操作、長期穩定性和高可靠性的電子設備,如電力模組、高功率LED、航空航天和軍事電子設備。


### 有機灌封化合物

1. **組成**:

   - 主要由有機聚合物(如環氧樹脂、聚氨酯、矽膠等)組成。


2. **性能**:

   - **耐溫性**:有機灌封化合物的耐溫性通常較低,一般在150°C以下。

   - **熱導率**:有機材料的熱導率通常較低,散熱性能不如無機材料。

   - **柔韌性**:有機材料通常具有較好的柔韌性和彈性,能夠吸收和緩衝機械應力。

   - **加工性**:有機材料易於加工和成型,適合大規模生產。


3. **應用**:

   - 適用於一般的電子元件封裝,如消費電子、汽車電子和工業控制系統等,特別是那些不需要極端環境耐受性的應用。


### 總結

- **無機灌封化合物**:適合高溫、高壓、極端環境,具有優異的熱導率和穩定性,應用於電力模組和高可靠性電子設備。

- **有機灌封化合物**:適合一般環境,具有較好的柔韌性和加工性,應用於消費電子和工業控制等領域。


Toshiba Developed Technology That Mitigates Parasitic Oscillation in SiC Power Modules Connected in Parallel

 https://www.powersemiconductorsweekly.com/2024/07/26/toshiba-developed-technology-that-mitigates-parasitic-oscillation-in-sic-power-modules...