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安森美（onsemi）近期通過(guò)收購Qorvo(科沃)的碳化硅結型場(chǎng)效應晶體管（SiC JFET）技術(shù)業(yè)務(wù)及其子公司United Silicon Carbide，進(jìn)一步強化了其在寬禁帶半導體領(lǐng)域的布局。此次收購以1.15億美元現金完成，旨在補足其EliteSiC電源產(chǎn)品組合，以滿(mǎn)足高能效、高功率密度的市場(chǎng)需求，尤其在A(yíng)I數據中心和電動(dòng)汽車(chē)等新興領(lǐng)域具有重要戰略意義。
什么是SiC JFET?
電力電子器件依賴(lài)于硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT）等半導體材料。碳化硅器件憑借優(yōu)異性能與可靠性越來(lái)越受歡迎（圖1），在電動(dòng)汽車(chē)、數據中心，以及直流快充、儲能系統和光伏逆變器等能源基礎設施領(lǐng)域嶄露頭角。
圖1：碳化硅(SiC)器件與硅器件(Si)的比較
眾多終端產(chǎn)品制造商已選擇碳化硅技術(shù)替代傳統硅技術(shù)，基于雙極結型晶體管（BJT）、結型場(chǎng)效應晶體管（JFET）、金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等器件開(kāi)發(fā)電源系統。這些器件因各自特性（優(yōu)缺點(diǎn)不同）而被應用于不同場(chǎng)景。
然而，安森美的EliteSiC 共源共柵結型場(chǎng)效應晶體管（Cascode JFET）器件（圖2），將這一技術(shù)推向了新高度。該器件基于獨特的"共源共柵（Cascode）"電路配置——將常開(kāi)型碳化硅JFET器件與硅MOSFET共同封裝，形成一個(gè)集成化的常閉型碳化硅FET器件。我們的碳化硅Cascode JFET能夠輕松、靈活地替代IGBT，超結MOSFET以及碳化硅MOSFET等任何器件類(lèi)型。
圖 2：安森美碳化硅 Cascode JFET 器件框圖
與硅器件相比，碳化硅Cascode JFET具備多項優(yōu)勢。碳化硅作為寬禁帶材料，具有更高的擊穿電壓特性，這意味著(zhù)其器件可采用更薄的結構支持更高的電壓。此外，碳化硅相較于硅的其他優(yōu)勢還包括：
對于給定的電壓與電阻等級，碳化硅可實(shí)現更高的工作頻率，從而縮小元器件尺寸，顯著(zhù)降低系統整體尺寸與成本。
在較高電壓等級（1200V或更高）應用中，碳化硅可以較低功率損耗實(shí)現高頻開(kāi)關(guān)。而硅器件在此電壓范圍內幾乎無(wú)法勝任。
在任何給定的封裝中，與硅相比，碳化硅器件具備更低的導通電阻（RDS(ON)）和開(kāi)關(guān)損耗。
SiC JFET與SiC MOSFET的不同
SiC MOSFET技術(shù)不同于安森美的集成式SiC Cascode JFET——這是精心設計的結果。安森美設計的SiC JFET去掉了碳化硅MOSFET的柵極氧化層，這不僅消除了溝道電阻，還讓裸片尺寸更為緊湊(圖3)。
安森美碳化硅JFET較小的裸片尺寸成為其差異化優(yōu)勢的一個(gè)關(guān)鍵所在，"RDS(ON) x A"（RdsA）品質(zhì)因數 (FOM) 得以最佳體現。這意味著(zhù)對于給定的芯片尺寸，SiC JFET具有更低的導通電阻額定值，或者換言之，在相同的 RDS(ON)下，安森美SiC JFET 的裸片尺寸更小。安森美在 RdsA FOM方面的卓越表現樹(shù)立了行業(yè)領(lǐng)先地位，體現在以相對較小的行業(yè)標準封裝（如TOLL 和 D2PAK）提供的超低額定電阻產(chǎn)品(圖4)。
圖3：碳化硅MOSFET與安森美Cascode JFET的比較
(從外部看，Cascode是一種常關(guān)FET）
與SiC MOSFET 相比，EliteSiC Cascode JFET具有更低的輸出電容Coss(tr)。輸出電容較低的器件在低負載電流下開(kāi)關(guān)速度更快，電容充電延遲時(shí)間更短。這意味著(zhù)，由于減少了對電感器和電容器等大體積無(wú)源元件的需求，現在可以制造出更小、更輕、成本更低且功率密度更高的終端設備。
圖4：安森美碳化硅Cascode JFET 與碳化硅 MOSFET的競爭產(chǎn)品對比
以下是關(guān)于SiC MOSFET的其他挑戰：
碳化硅MOS 溝道電阻高，導致電子遷移率較低。
Vth在柵極偏置較高的情況下會(huì )發(fā)生漂移，這意味著(zhù)柵極到源極的電壓驅動(dòng)范圍受到限制。
體二極管具有較高的拐點(diǎn)電壓，因此需要同步整流。
然而，使用安森美的SiC JFET，上述缺陷得以根本解決，因為：
SiC JFET 結構的器件上摒棄 MOS（金屬氧化物）結構，因此器件更加可靠。
在相同芯片面積下，漏極至源極電阻更低。
電容更低，這意味著(zhù)更快的開(kāi)關(guān)轉換和更高的頻率。
SiC JFET器件的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢
技術(shù)特點(diǎn)
第4代SiC JFET技術(shù)：采用了溝槽結構，減少了單元間距，優(yōu)化了漂移區，減薄了襯底，從而實(shí)現了單位面積最低的導通電阻（RDS(on) x Area），接近SiC技術(shù)的理論極限（即單極性限制）。
Cascode架構：通過(guò)將SiC JFET與低壓Si MOSFET結合，實(shí)現了與標準Si MOSFET驅動(dòng)電壓的兼容性，同時(shí)保留了SiC JFET的高性能特性。
性能優(yōu)勢
低導通電阻：相比同規格的SiC MOSFET，SiC JFET具有更低的導通電阻，從而在相同的芯片尺寸下實(shí)現了更高的效率和更低的導通損耗。
低寄生電容：SiC JFET具有極低的輸出電容（Coss(tr)），允許更快的零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）轉換，支持更高的工作頻率和更高的功率密度。
低反向恢復電荷（Qrr）：SiC JFET的體二極管具有非常低的反向恢復電荷，提高了系統的魯棒性和效率，降低了電磁干擾（EMI）。
低柵極電荷（Qg）：SiC JFET的柵極電荷非常低，使得驅動(dòng)電路設計更加簡(jiǎn)單，驅動(dòng)損耗更低。
高溫與高壓性能：SiC材料的高擊穿電場(chǎng)（約10倍于硅）和（3.7W/cm.K）賦予JFET優(yōu)異的高溫穩定性，可在400℃以上環(huán)境中穩定工作，適用于極端條件應用。
常關(guān)型設計：將常開(kāi)型SiC JFET與低壓Si MOSFET串聯(lián)，形成安全可靠的常關(guān)型復合器件。
典型器件與封裝
1.產(chǎn)品線(xiàn)矩陣
Cascode JFET：650V 至 1700V，覆蓋 7mΩ 至 410mΩ，支持 TO-247、D2PAK、TOLL 等封裝。
Combo-FET：集成 SiC JFET 與 Si MOSFET，支持獨立柵極控制（如UG4SC系列）,適用于固態(tài)斷路器。
JFET 裸片：提供晶圓級產(chǎn)品，滿(mǎn)足定制化模塊設計需求。
2.創(chuàng )新封裝技術(shù)
頂部散熱（TSOP/TOLT）：低熱阻（Rth,J-C <0.5℃/W）,支持高密度布局。
銀燒結工藝：熱導率比傳統焊料高6倍，提升散熱能力與可靠性。
為什么選擇安森美EliteSiC Cascode JFET？
盡管市場(chǎng)上可供選擇的SiC功率半導體種類(lèi)繁多，但在某些特定應用中，一些器件的表現確實(shí)比其他器件更為出色。安森美的集成式SiC Cascode JFET便是其中的佼佼者，因其低RDS(ON)、低輸出電容和高可靠性等獨特優(yōu)勢，能夠提供卓越的性能。
此外，碳化硅 Cascode JFET架構使用標準硅基柵極驅動(dòng)器，簡(jiǎn)化了從硅到碳化硅的過(guò)渡過(guò)程，可在現有設計中實(shí)施。因此，它為從硅到碳化硅的過(guò)渡提供了靈活性---實(shí)施簡(jiǎn)單，同時(shí)得益于SiC技術(shù)而提供卓越的性能。
這些優(yōu)點(diǎn)幫助安森美的SiC Cascode JFET技術(shù)在其他技術(shù)無(wú)法企及的領(lǐng)域大放異彩。碳化硅JFET的增強性能使其在用于人工智能數據中心、儲能和直流快充等AC-DC電源單元中實(shí)現更高的效率。
隨著(zhù)對更高功率密度和更緊湊外形需求的增加，安森美SiC Cascode JFET能夠實(shí)現更小、更輕和更低成本的終端設備。由于減少了對電感器和電容器等大體積無(wú)源元件的需求，有助于實(shí)現更高的功率密度。
SiC JFET主要應用方向
電動(dòng)汽車(chē)（EV）
車(chē)載充電器：SiC JFET的高效能和高功率密度使其成為車(chē)載充電器的理想選擇，能夠實(shí)現更快的充電速度和更長(cháng)的續航里程。
DC-DC轉換器：在DC-DC轉換器中，SiC JFET可以顯著(zhù)提高轉換效率，降低能耗。
無(wú)線(xiàn)充電器：SiC JFET的低導通電阻和高頻率特性使其在無(wú)線(xiàn)充電系統中表現出色，提高充電效率和系統魯棒性。
工業(yè)電源和自動(dòng)化
服務(wù)器電源：在數據中心和服務(wù)器電源中，SiC JFET可以提高電源的效率和功率密度，降低運營(yíng)成本。
工業(yè)充電器：SiC JFET適用于各種工業(yè)充電器，提高充電效率和系統可靠性。
工業(yè)自動(dòng)化與機器人：在工業(yè)自動(dòng)化和機器人應用中，SiC JFET可提升工業(yè)電機驅動(dòng)器和伺服系統的動(dòng)態(tài)響應與能效，支持工業(yè)4.0的智能化升級。
可再生能源
太陽(yáng)能逆變器：SiC JFET在太陽(yáng)能逆變器中表現出色，能夠提高逆變器的效率和功率密度，降低系統成本。
儲能系統（ESS）：在儲能系統中，SiC JFET可以提高充放電效率，延長(cháng)電池壽命，提高系統整體性能。
電路保護
固態(tài)電路斷路器：SiC JFET的低導通電阻和高魯棒性使其成為固態(tài)電路斷路器的理想選擇，能夠快速響應過(guò)流和短路故障，提高系統安全性。
繼電器和斷路開(kāi)關(guān)：SiC JFET可以用于各種繼電器和斷路開(kāi)關(guān)，提高開(kāi)關(guān)速度和可靠性。
其他應用
電信電源：SiC JFET在電信電源中可以提高電源的效率和功率密度，降低運營(yíng)成本。
不間斷電源（UPS）：SiC JFET可以提高UPS的效率和功率密度，延長(cháng)電池壽命，提高系統可靠性。
家電和消費電子：在家電和消費電子產(chǎn)品中，SiC JFET可以提高電源的效率和功率密度，實(shí)現更緊湊的設計。
圖5：按電壓分類(lèi)的功率半導體器件
市場(chǎng)前景與戰略布局
供應鏈整合：安森美通過(guò)收購進(jìn)一步整合了SiC技術(shù)供應鏈，預計到2030年，SiC相關(guān)業(yè)務(wù)將為其貢獻13億美元的新增收入，實(shí)現了從襯底到模塊的全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋，強化了其在高壓功率半導體領(lǐng)域的競爭力。
技術(shù)升級：公司計劃推動(dòng)8英寸SiC晶圓生產(chǎn)（預計2025年完成轉換），進(jìn)一步提升產(chǎn)能與成本優(yōu)勢。隨著(zhù)封裝技術(shù)的持續優(yōu)化（如模塊化集成）和成本下降，SiC JFET有望在高功率汽車(chē)、能源基礎設施及AI計算領(lǐng)域占據主導地位，推動(dòng)全球能源轉型與智能化發(fā)展。
行業(yè)協(xié)同：結合EliteSiC MOSFET和JFET技術(shù)組合，安森美可為客戶(hù)提供從分立器件到模塊的完整解決方案，覆蓋汽車(chē)、工業(yè)及AI數據中心等高增長(cháng)市場(chǎng)。
技術(shù)支持與采購信息
產(chǎn)品訂購
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