為何車載領域成為國產SiC MOSFET柵氧可靠性問題的重災區？

國產碳化硅（SiC）MOSFET在車載充電機（OBC）和熱泵空調等車載領域成為柵氧可靠性問題的“爆雷重災區”，其本質原因可從應用場景的極端工況、器件設計工藝缺陷、驗證標準不足及行業生態等多維度綜合分析。以下是深度解析：

一、車載工況的極端嚴苛性

車載應用場景對SiC MOSFET的柵氧可靠性提出了遠超其他領域的挑戰，具體表現如下：

高壓動態應力
車載OBC集成于800V高壓平臺，SiC MOSFET需長期承受高頻開關（如10年內超1億次開關循環）和雪崩能量沖擊。國際頭部廠商的器件在22V/175°C高溫柵偏（HTGB）測試中可穩定運行3000小時，而部分國產器件在19V下即短時間失效。

溫度與電場疊加效應
車載環境的高溫（結溫可達175°C）與高電場（柵氧電場>4 MV/cm）協同作用，加速柵氧化層（SiO?）缺陷累積，引發經時擊穿（TDDB）和閾值電壓漂移（Vth Shift）。

二、國產SiC MOSFET的工藝設計缺陷

部分國產廠商為追求低成本與性能參數，在工藝設計上過度妥協，直接導致柵氧可靠性短板：

柵氧厚度減薄
通過將柵氧化層厚度從50nm減至40nm以下，降低比導通電阻（Rds(on)），但導致電場強度超標（>4 MV/cm），顯著縮短TDDB壽命。

工藝均勻性與缺陷控制不足
柵氧生長工藝不均勻、SiC/SiO?界面缺陷密度高（比硅基器件高兩個數量級），批次間可靠性差異大，長期動態應力下缺陷積累引發局部擊穿。

可靠性模型缺失
未基于熱化學模型（E模型）或陽極空穴注入模型優化設計，僅依賴短期測試掩蓋本征失效風險。

三、驗證不足與車規認證漏洞

車載領域的高可靠性需求與國產廠商驗證能力的脫節進一步放大了風險：

測試標準與實際工況脫節
實驗室靜態測試（如HTGB、TDDB）無法模擬車載動態應力環境，部分國產器件雖通過AEC-Q101認證，但實際壽命遠低于推算值。

數據透明度低
部分廠商僅提供“通過/未通過”結論，缺乏失效時間分布、柵氧厚度統計等原始數據，掩蓋早期設計缺陷。

驗證周期滯后
車載OBC國產化滲透率低（2024年<20%），多數車企初期試水國產器件，長驗證周期導致問題爆發滯后。

四、車載場景的“放大效應”與行業生態影響

失效容忍度極低
車載故障直接影響整車安全，車企對失效的容忍度遠低于工業或充電樁領域。

劣幣驅逐良幣現象
部分國產SiC碳化硅MOSFET廠商以低價策略搶占市場，犧牲可靠性換取短期利益，擠壓高可靠性企業的生存空間，形成行業信任危機。例如，充電樁行業早期規模化應用后已暴露類似問題，車載領域因驗證周期長而問題滯后爆發。

五、熱泵空調的特殊挑戰

熱泵空調作為車載高壓系統的另一核心部件，同樣面臨以下疊加風險：

高頻開關與溫度波動
熱泵系統需頻繁啟停，導致SiC MOSFET承受高頻熱循環，加劇柵氧疲勞失效。

低溫環境下的雪崩能量沖擊
寒冷環境下熱泵啟動時的高壓沖擊與雪崩能量疊加。

六、破局路徑與行業改進方向

工藝優化

采用氮退火、場板結構（Field Plate）降低柵極電場強度。

探索高k介質替代傳統SiO?，提升介電常數與抗電場能力。

驗證體系升級

延長HTGB測試至3000小時以上，模擬動態工況。

強制公開TDDB原始數據（如失效分布），提升車規認證可信度。

產業鏈協同

IDM模式整合設計、制造與封裝環節，提升工藝可控性。

與車企聯合開發定制化方案，優化散熱與封裝設計。

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國產SiC MOSFET柵氧可靠性挑戰

車載領域成為國產SiC MOSFET柵氧可靠性問題的重災區，是極端工況、工藝缺陷、驗證漏洞及行業生態多重因素疊加的結果。短期內需警惕加速滲透引發的質量風險，長期則需通過技術升級（如柵氧工藝創新）、數據透明化及產業鏈協同，實現從“低價替代”到“高可靠車規級”的跨越。行業未來需聚焦技術深耕與生態構建，以應對全球第三代半導體的競爭挑戰.

審核編輯 黃宇