uSGT MOSFET的市场前景
SGT-MOS的全称是“Split Gate Trench-MOSFET”,中文叫屏蔽栅沟槽型功率 MOSFET。SGT-MOS严格意义上来说,在工艺上并没有特别之处,只是在传统沟槽MOSFET的工艺基础上做结构改进,提升了元器件爱你的稳定性、低损耗等性能而已。具体一点就是提升了器件的开关特性和导通特性,降低了器件的特征导通电阻(Rsp)和栅极电荷(Qg)。
如下图,左边的是传统沟槽MOSFET的结构,右图是SGT-MOSFET的结构图。从图中可以明显看到,两者结构很接近,简而言之,差异在于SGT-MOSFET的沟槽更深。
uSGTMOSFET起源
屏蔽删技术最早商业化是在2008年,由分立器件大厂Infineon推出,应用目的解决高频终端的一些问题,例如解决导通电阻过高、开关损耗过大等问题。Infineon通过优化电流通路布局并深挖沟槽深度,以实现能量密度最大化。
uSGT MOSFET特征
SGT工艺其实普通沟槽更简单,可以实现开关损耗更小的目标。
SGT比普通沟槽工艺挖得更深,大约是后者的3-5倍,可以使用更多的外延体积来阻挡电压,可以实现SGTMOSFET的内阻变低的目标,比普通MOSFET低2倍以上。
SGT工艺大幅度提高了芯片的能量密度,因此也就减少了芯片面积。相较于传统的沟槽场效应晶体管,同等功耗下,SGT MOSFET芯片面积可减少40%。
芯片面积的减少,工艺变得更简单,艺简单减少了工艺步骤和掩膜的数量,使得SGT的制造成本下降,变得更为有竞争优势。
与传统的沟槽工艺相比,SGT的沟槽更深,使得基材体积更多低来吸收EAS能量,SGT MOSFET可以承受更高的雪崩击穿电压和浪涌电流,以至于SGT MOSFET表现出的抗雪崩能力更优势。
除了SGT工艺技术带来以上的优势,封装技术的进步也使得SGT MOSFET的优势更为突出。
uSGT MOSFET的市场前景
MOSFET自诞生以来,工艺不断改进,先后经历了平面工艺(VDMOS)、沟槽工艺(Trench)和SGT工艺(Steep Groove Technology)。
SGT工艺作为一种新型的MOSFET技术,受到了中国本土半导体厂商的重视,并做了大量的投资。作为一种顶尖的功率半导体器件技术,非常受到市场的青睐。
从竞争态势来看。国外功率半导体器件厂家,感兴趣的是大功率、高利润的器件,例如IGBT、第三代宽禁带半导体、大功率模块,目标市场涵盖新能源风电、高铁以及工业控制、家电等。这部分器件和市场是技术更为领先的、利润更高的,是国外功率器件半导体厂家的心尖肉,几乎研发投入、市场推广、技术支持都放在这部分器件和市场上。而SGT-MOSFET技术最适用的产品是中低压MOSFET,20V-150V,-50V-250V的系列,利润不是那么高,尤其SGT-MOSFET沟槽工艺加工更为简单,这对中国功率半导体器件厂家来说,并不是很高深的技术,中国国产化替代率高,因此存在非常明显的态势,国外厂家在推出、国产化则积极推动替代。
国外功率半导体厂家主要有德国英飞凌、美国安森美、美国威世、美国AOS(万代)、意大利意法半导体、日本东芝、日本瑞萨、荷兰安世半导体,这几家厂商在过去不仅占据全球市场的主要份额,也占据中国国内市场80%以上的份额。经过发展,我国屏蔽栅MOSFET生产技术逐步提高、成熟稳定,凭借高性价比、技术优势加速收复国内市场份额,国产率逐步提高。
SGT MOSFET厂家主要有华润微电子、士兰微电子、无锡新洁能、东微半导体、捷捷微电子、扬杰电子、华微电子、长晶科技等,非上市公司 LRC(乐山无线)也开始SGT MOSFET的研发和生产。
从功率半导体器件近年来的发展趋势来看,MOSFET虽然占比仍是最大的分立器件产品,但比重在减少,而IGBT、SiC的比重在增加。但从更为细分的比重来看,MOSFET占比虽然在减少,但SGT-MOSFET却是在增加的。
从下图我们可以看到,2023年全球SGT-MOSFET全球的市场规模是19.48亿美金,中国市场规模则是8.53亿美金(约占全球市场规模的46.79%)。到2030年,SGT-MOSFET全球市场规模扩大到33.15亿美金,7年时间里,每年复合增长率约7.8%,SGT-MOSFET在中国市场规模可以达到15.54亿美金,7年时间里,每年复合增长率约8.95%。
从SGT MOS耐压类型来看,额定电压值≤100V的SGT-MOSFET占绝对多数,主要应用终端是汽车电子、消费、工业、储能等。从一些行业分析报告得出的结论来看,预计到2030年份额将达到50.61%。同时就终端应用来看,汽车电子在2023年份额大约是22.54%,未来几年CAGR大约为12.31%。汽车电子是未来SGT MOSFET一大应用市场。在可预见的未来几年,如果第三代宽禁带半导体兴起,SGT MOSFET也不会受到影响,极可能出现的格局是,SGT MOSFET占据中低压、大电流低导通电阻的产品与GaN相峙而立;SiC则占据高压大电流类的产品。
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原文标题:SGT MOSFET的市场前景
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