鲁棒性测试对碳化硅供应链来说不可或缺
碳化硅（SiC）不算新鲜事物了。1893年，它在亚利桑那州的一块陨石中首次被确认为稀有矿物碳硅石，而合成材料早在1907年就被用作宝石和电子产品中的二极管探测器。
如今，它是一种神奇的材料，可以在半导体中取代硅，开关速度更快，损耗更低。从碳化硅中受益最多的应用包括当前备受关注的三个领域：电动汽车（EV）充电和动力系统、太阳能和储能系统。
除了自己的端到端EliteSiC 供应链外，安森美还打造了强大的测试和制造控制，提供可靠的碳化硅解决方案。
重点应用领域：电动汽车、太阳能和储能
碳化硅半导体的一个重要应用是道路旁快速直流充电器和车载充电器中，更高的效率与开关频率相结合，使得转换器更小、更便宜、更轻。较低的损耗意味着降低能源成本，减少对环境的影响，并缩短电网上特定负载的充电时间。对于车载变流器来说，较小的尺寸在引擎盖下的拥挤空间中更受欢迎，较低的重量意味着每次充完电的续航时间更长。在电动汽车动力系统中，尽管碳化硅MOSFET正在取得进展，但其低开关损耗的优势并不大，因为开关频率要保持在较低水平来适应牵引电机。导通损耗在牵引逆变器中是个更大的问题，可以预计，随着碳化硅导通电阻的提高，它们的吸收率将增加，从而取代IGBT —— 因为尽管有其他性能的提高，IGBT的饱和电压将保持近乎恒定。
智能家居应用
图中所示的智能家居与电动车、太阳能和储能的互联。(来源：安富利)
在太阳能装置中，EliteSiC 的效率提高使间歇性能源得到充分利用，因此直接影响到从装置中获得的收益及其资本支出的回收时间 —— 这对任何太阳能用户来说都是一个重要的指标，从家用到电网规模。EliteSiC MOSFET在从太阳能电池直流电产生高压母线的升压转换器阶段非常理想，它们在产生电网交流电的逆变器阶段也很出色。这对于工作在数十到数百千瓦级别的组串式逆变器来说尤其如此。更高功率和兆瓦级的集中式逆变器可能仍然使用IGBT技术。正如在电动汽车动力系统中一样，EliteSiC MOSFET将随着其导通电阻的降低而提高功率等级。
随着智能和分布式电网的发展趋势，储能系统（ESS） —— 尤其是电池版本 —— 已成为可再生能源后备的基本组成部分，也是通过调峰来平稳需求的一种方式。在这一功能中，它们经常与大型超高速电动车充电站结合在一起，这些充电站的需求有时在夜间为零，而在繁忙的一天中则达到兆瓦。电池存储系统可适用于10千瓦以下的住宅，也可用于150千瓦以上的公用事业规模。在高功率下，所采用的双向功率转换级通常是模块化格式，以实现可扩展性和容错率，因此所有范围的安装SiC MOSFET解决方案都适合。
多种多样的EliteSiC 器件如何适配重点应用
通用的构建模块存在于各种应用：带功率因数校正（PFC）的AC-DC转换器，隔离的DC-DC转换器以及单相、三相逆变器。在每种情况下，转换器都可以是单向的或双向的。
在PFC阶段，升压转换器最简单的安排可以使用SiC MOSFET和SiC飞轮二极管。安森美产品的范围可以以适应高达1100V的直流链母线电压（DC link bus voltages），其器件的额定电压为1200V和650V。对于更高的功率，可以使用交错式的简单升压转换器，也可以使用图腾柱PFC阶段，完全可以同步的，能够双向运行，而且效率很高。
一条电路消除了有损耗的交流整流桥，但对于硅MOSFET来说是不切实际的，因为它在连续导通模式下工作时是一种硬开关拓扑结构，在高功率下是必要的。在硬开关中，开关体二极管会导电，但SiC有一个二极管具有足够低的损耗。开关看到的是完整的直流链电压，因此，安森美 1200 V器件同样是共轨（common rail）的理想选择，无论是作为非隔离逆变器级的电源，还是隔离的DC-DC级的电源。在更高的功率下，可以使用维也纳整流器这样的有源前端，虽然它的基本形式是单向的，但在直流链电压的一半时就会对开关产生压力，所以通常可以使用650V的器件，其损耗和成本相对较低。
用于创建系统或电池充电电压的隔离式DC-DC级有各种不同的类型，取决于功率水平、效率和成本目标。在我们讨论的应用中，最简单的可能是LLC转换器，它是一种以可变频率运行的谐振型。在LLC中，晶体管的电压压力被钳制在直流输入电压上，因此1200V的安森美器件可以安全地使用1000V左右的电压。650V的器件很适合标称370/400V的总线，并有良好的余量。在更高的功率下，可以使用软开关或硬开关的桥式转换器，SiC MOSFET也是一个很好的选择 —— 由于器件电容值较低，开关频率可以提高，把动态损耗降到最低。由于SiC MOSFET具有快速、低损耗的体二极管、低导通和断态的能量（off-state energy），甚至安排硬开关也是可行的。
在所有情况下，可以通过并行器件来提高性能。可以让IGBT共享电流，但总耗散量大致相同，而MOSFET减低总耗散量，数值与器件的数量成正比。实际上更好的是，因为较低的共享电流产生较低的结温上升，因此比单个器件的导通电阻上升更低。随着器件成本的下降，这种方法越来越有吸引力。
SiC半导体制造有助于确保供应链
安森美的端到端供应链流程
安森美拥有端到端的供应链，并对所有产品进行全面的验证测试。(来源：安森美)
随着功率水平越来越高，SiC器件显然是功率转换的未来。为了与IGBT和Si-MOSFET竞争，碳化硅必须有一个稳健的供应链和一套能保证质量和一致性的制造工艺。
像所有的新技术一样，碳化硅MOSFET必须在设计中进行验证，在20世纪80年代和90年代初首次开发时，有一些最初的困难和意外。人们观察到晶格缺陷导致了高漏电、击穿和栅极阈值不稳定。即使在今天，碳化硅MOSFET的制造也需要仔细检查。
为了确保汽车级的质量，安森美的EliteSiC 制造方法垂直整合了所有工艺，从晶圆到design-in设计支持的所有阶段都保持最严格的控制。
除了符合汽车AEC-Q标准的严格质量控制系统外，安森美还对新的EliteSiC 产品进行了全面的确认和验证和测试，包括在100%的额定电压和175℃下进行的可靠性测试。在175°C的高场应力条件下评估栅极氧化物的临界可靠性这一关键指标，且高于额定值。通过测试，解决了偏压期间栅极阈值稳定性的问题，测试显示在较长时间内，这项参数没有明显变化。测试是在高温下进行的，并且施加了全部的正负额定电压。
栅极阈值测试
安森美的测试证实其目标器件SiC MOSFET栅极阈值在压力下没有明显变化。(来源：安森美）
测试还在模拟了最坏情况的实际应用电路中进行，例如在带有电感负载的连续导通模式下的硬开关H桥电路（H-bridge）中。测试时长通常为168小时，使用不同批次的多个单件，并检查所有通道或体二极管的退化。当然，也要进行AECQ-101资格认证所需的全套测试，包括电气、机械和环境压力。
在制造过程中，晶圆在外延前后都要进行缺陷扫描，所有的裸片都要进行100%的雪崩性能测试，并在高温下老炼，以便检测和消除任何外在的栅极氧化物故障。
安森美提供各式各样的碳化硅器件
安森美提供的一系列适合EliteSiC 二极管和MOSFET典型应用的封装样式，从用于高速开关的最新无铅TOLL封装，及其低电感和开尔文连接法（Kelvin connections），到传统的三层和四层TO-247器件，再到2/4/6封装样式的模块，以及专门为半桥和全桥脚和维也纳整流器设计的器件。额定电压可达1700V，分立器件的电流可达163A。模块的额定电压为1200V，裸片导通电阻在1200V时低至10mohm，在900V时低至2.2mohm。
凭借世界一流的设计、技术和制造，安森美EliteSiC 半导体达到或超过了竞争对手的性能，通过多个品质优值（Figure of Merit，FoM）对比数据表明，在不同应用电路中安森美产品实现了传导和动态损耗的出色组合。另一个好处是，安森美在所有应用领域 —— 特别是以其在汽车和工业领域深厚的应用知识而闻名，并在EMEA（欧洲、中东，非洲）、美国和亚洲等据点提供全球应用支持。
