碳化硅（SiC）MOSFETs的商用前景由于栅极氧化物的可靠性问题而降低。优化栅极氧化物的可靠性可以降低碳化硅MOSFET的导通电阻率和成本。

碳化硅 （SiC） 行业正在迅速发展，因为 SiC 电源开关可提供高效、高功率、快速开关和紧凑的电源解决方案。SiC MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）提供低导通电阻（器件处于导通模式时的电阻），使其适用于电力电子电路，其中降低电流传导期间的损耗而不高开关损耗至关重要。此外，SiC器件还有利于连续承载电流的保护电路。因此，较低的损耗对于保持高效率和简化热管理至关重要。

SiC MOSFET

每一代新器件，SiC MOSFET制造商都会不断将其器件的导通电阻率降低30%至40%。这种趋势是有益的，因为导通电阻的降低会导致电流密度的增加。因此，在保持给定额定电流的同时，可以减小芯片面积，这反过来又增加了每个晶圆的芯片数量，从而提高了产量。

另一方面，硅MOSFET已达到其技术极限，不可能进一步降低特定的导通电阻。SiC提供了显著的改进空间，因为1200 V器件的导通电阻是理论上可能值的14倍。

主要碳化硅电阻

SiC MOSFET 由许多主要的固定和依赖电阻组成，这些电阻有助于构成总 MOSFET 电阻。其中，漂移电阻或n型外层电阻与额定电压成比例，是所有电阻中最大的。其他固定电阻包括基板电阻、通道电阻和结电阻，从中强制电流在源极和漏极之间的窄通道中传导。

除此之外，载流区域边缘周围的端接区域还存在与端接区域相关的电阻。这些非活动非载流区域需要最大化击穿电压并实现栅极焊盘触点。

碳化硅MOSFET的栅极氧化物可靠性问题

碳化硅MOSFET设计具有更小的栅极氧化物厚度和更高的电场。因此，SiC MOSFET由于在异常工作条件下的高泄漏电流而变得不可靠。

商用650 V额定碳化硅MOSFET在1250 V时分解，这与电阻缩小的趋势形成鲜明对比。为了实现低导通电阻，击穿电压必须高于额定电压。

其原因与栅极氧化物的可靠性有关。栅极氧化物的可靠性与其两端的电场成正比。此外，众所周知，SiC MOSFET可以承受表面的高电场，并且正如高斯定律所规定的那样，栅极氧化物处的电场将明显大于表面电场。因此，如果额定值为650 V的MOSFET会在700 V时发生故障，因为栅极氧化物处的高电场将会导致器件失效。

然而，将SiC MOSFET降额至其潜在额定电压的50%会阻止SiC器件充分发挥其潜力。因此，解决栅极氧化物可靠性问题是芯片制造商的首要任务，因为它将有助于进一步降低导通电阻率和减少降额。