SGT MOSFET是什么

SGT MOSFET全稱Shielded Gate Trench MOSFET，即屏蔽柵溝槽MOSFET。SGT MOSFET基于傳統(tǒng)溝槽MOSFET，通過結(jié)構(gòu)的改進從而提升穩(wěn)定性、低損耗等性能。傳統(tǒng)平面型MOSFET中，源極和漏極區(qū)域是橫向布局的，柵極在源極和漏極區(qū)域的上方，形成一個平面結(jié)構(gòu)。溝槽MOSFET則是源極和漏極區(qū)域垂直于半導(dǎo)體表面，柵極被嵌入到硅片中的溝槽內(nèi)，形成垂直結(jié)構(gòu)。

左：傳統(tǒng)溝槽MOSFET，右：SGT MOSFET  圖源：功成半導(dǎo)體如上圖所示，在結(jié)構(gòu)上，相比傳統(tǒng)的溝槽MOSFET，SGT MOSFET采用深溝槽結(jié)構(gòu)，“挖槽”更加深入，柵極被嵌入到硅片的深槽中。同時SGT MOSFET在溝槽內(nèi)部有一層多晶硅柵極（主柵極），其上方還有一層多晶硅屏蔽柵極，這個額外的屏蔽柵極可以調(diào)節(jié)溝道內(nèi)的電場分布，從而降低導(dǎo)通電阻并提高開關(guān)性能。

由于屏蔽柵的存在，SGT MOSFET可以更有效地控制電場分布，從而減少寄生效應(yīng)，降低開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。也由于結(jié)構(gòu)和更優(yōu)的電場分布，SGT MOSFET可以在相同的擊穿電壓下使用更小的單元尺寸，從而減小芯片面積。所以，SGT MOSFET相比傳統(tǒng)的溝槽MOSFET，導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗可以更低，尤其是在中低壓的應(yīng)用領(lǐng)域中，屏蔽柵結(jié)構(gòu)有助于提高器件可靠性，其高效率以及緊湊的芯片尺寸也能夠更加適合這些應(yīng)用。

另外，封裝技術(shù)也對SGT MOSFET的可靠性和功率密度有很大關(guān)系。比如捷捷微電推出的高功率薄型封裝PowerJE系列的SGT MOSFET，相比傳統(tǒng)的TO-263-3L 封裝，面積少了20%、高度降低了45%。在大幅度減少占用空間的同時，有效地提高功率密度，適合極為緊湊的終端設(shè)計。熱阻表現(xiàn)優(yōu)越而散熱效果更好，進一步保證器件的長期可靠性。

國產(chǎn)廠商井噴，在低壓應(yīng)用加速取代溝槽MOSFET

在SGT MOSFET領(lǐng)域，依然是海外半導(dǎo)體巨頭主導(dǎo)市場，英飛凌、安森美、AOS等海外巨頭起步較早，產(chǎn)品市占率較高。不過國內(nèi)新潔能、捷捷微電、華潤微等廠商在近幾年勢頭正猛，成功研發(fā)SGT MOSFET的同時，也跟隨國產(chǎn)替代的風潮獲得了市場成功。另一個關(guān)鍵的節(jié)點是，2021年的全球芯片缺貨潮中，SGT MOSFET使用的成熟制程產(chǎn)能尤為緊缺。

同時在缺芯潮的中心，汽車芯片作為高價值高利潤的產(chǎn)品，各大芯片巨頭都優(yōu)先力保汽車芯片的產(chǎn)能，當然其中也包括了功率半導(dǎo)體，因此一些汽車以外的功率半導(dǎo)體器件，比如SGT MOSFET的產(chǎn)能就更加短缺了。于是海外芯片巨頭只能將訂單轉(zhuǎn)手到一些國內(nèi)的代工廠商，這給國內(nèi)的SGT MOSFET工藝制造的提升有了很大的幫助。以往國內(nèi)只有幾家規(guī)模較大的IDM廠商可以制造SGT MOSFET，但這次缺芯危機則變相地帶動了更多國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商在SGT MOSFET上的開發(fā)進程。

新潔能在國內(nèi)是較早開發(fā)SGT MOSFET的功率廠商之一，目前其SGT MOSFET產(chǎn)品線已經(jīng)迭代到第三代，官網(wǎng)顯示，新潔能第一代N溝道SGT-I系列功率MOSFET擊穿電壓等級范圍為30V至250V；第二代產(chǎn)品擊穿電壓等級范圍從30V至120V，面向性能與魯棒性要求極為苛刻的低頻應(yīng)用，新潔能N溝道SGT-II系列產(chǎn)品進一步優(yōu)化了大電流關(guān)斷能力與靜電防護能力，可滿足包括直流電機驅(qū)動、鋰電池保護、AC/DC同步整流等廣泛應(yīng)用。此外，相比于新潔能上一代SGT-I系列產(chǎn)品，SGT-II系列產(chǎn)品特征導(dǎo)通電阻Ron,sp降低20%，F(xiàn)OM值降低20%。

目前最新的第三代SGT-III系列，則相比上一代產(chǎn)品特征導(dǎo)通電阻降低20%以上，ESD能力、大電流關(guān)斷能力、短路能力提升10%以上，同時具有更優(yōu)的EMI特性。捷捷微電早在2021年就推出了多款JSFET 30 ~ 150V 系列SGT MOSFET產(chǎn)品，并后續(xù)推出了多款車規(guī)級SGT MOSFET，擊穿電壓等級范圍從40V到150V，適用于車載前裝及后裝等各類中低壓應(yīng)用，包括輔助駕駛、車載信息娛樂、逆變器非高壓子系統(tǒng)里的 DC-DC 同步整流及電源開關(guān)等功能，車身控制模塊里的電機驅(qū)動、繼電器、負載開關(guān)、遠近大燈驅(qū)動等功能。今年3月，華潤微披露公司MOSFET產(chǎn)品中中低壓占比60%，高壓產(chǎn)品占比40%，其中SGT MOSFET和SJ MOSFET在營收中占比接近60%。

除此之外，士蘭微、東微半導(dǎo)體、揚杰電子等上市公司都有完整的SGT MOSFET產(chǎn)品線。除此之外，矽普半導(dǎo)體、微碧半導(dǎo)體、安建半導(dǎo)體、廣微集成、功成半導(dǎo)體等多家本土功率半導(dǎo)體廠商已經(jīng)推出了SGT MOSFET產(chǎn)品。比如安建半導(dǎo)體今年5月推出了針對大電流高功率應(yīng)用的SGT MOSFET產(chǎn)品系列，提供頂部散熱TOLT封裝和雙面散熱的DFN5x6 DSC封裝，有30V和100V兩種型號，其中JKQ8S23NN擊穿電壓100V，漏極最大電流高達315A，驅(qū)動電壓為10V時，導(dǎo)通電阻最高為1.5mΩ。

SGT MOSFET在中低電壓場景下由于更強的穩(wěn)定性，更低的導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗，未來對Trench  MOSFET有取代的趨勢。根據(jù)QYResearch的數(shù)據(jù)，2022年全球SGT MOSGET市場規(guī)模約為23.5億美元，預(yù)計到2029年將達到104億美元，年復(fù)合增長率高達24.4%。持續(xù)增長的市場，也將繼續(xù)給國內(nèi)功率廠商帶來機會。