成果导向研发 Wolfspeed 第五代 (Gen 5) 技术实现实际工况高性能的三大路径

在负责功率器件研发工作的过程中，我有幸参与了众多深度研讨，共同制定 Wolfspeed 器件路线图的规划方向。我也有幸在 Wolfspeed 任职多年，真切听到并正视客户的反馈，我们在创新速度方面确实有待提升。

在这些宝贵反馈意见的勉励下，推动我们做出了一系列的决策，从而取得目前的诸多成果：在不到两年的时间内实现了我们两次的技术迭代。我要为我们的团队在创新周期时间上的巨大进步点赞；而且，我们改变的不只是创新速度。我们现在的"以客户为中心"意识也更加强烈。第四代 (Gen 4) 和第五代 ( Gen 5) 的核心能力是，它们不仅可以在理想工况下表现优异，更能在温度变化、安装环境复杂、运行模式不可预测等实际工况条件下稳定运行。这正是我们的关键驱动力。而我们实现这种实际工况性能的路径，与我们的设计理念一样，都是经过严谨考量的。

让我们具体来看看。

关于器件结构选择的思考，很多人经常问我“哪种功率器件技术类型是最好的？”。这是个很好的问题。因为沟槽、超结或 JFET 等元胞设计架构经常登上头条新闻，所以人们有此一问也很容易理解。沟槽和超结技术带来了 RDS(ON) 等性能指标提升。说实话，我们团队始终在评估各种技术路线的可能性。 

我们最终选择继续在我们现有的平面型 (planar) MOSFET 结构上持续优化。主要基于两点考虑。第一，是因为我们具备这样的能力！我们的平面型设计仍然具有足够的创新“空间”，可以支撑我们在既有技术基础上进一步优化提升。其次，也是更重要的一点，我们的客户已经非常熟悉平面型功率 MOSFET。我们和客户一起经历了基于 200mm 平面型晶圆的大规模量产和认证的成长阵痛，那么，如果非必要，为什么要让客户重新设计和重新验证新的东西呢？

元胞设计架构固然是提升性能的一条路径，但对我们 Wolfspeed 来说，这仅仅是诸多规划决策中的一环。接下来让我们解析我们实现第五代 (Gen 5) “实际应用性能”的另外三项关键途径：

1. 我们的材料科学团队实现了高质量外延。

我们的团队深知，为了使第五代 (Gen 5) 不仅在“典型条件”下表现优异，而且在最苛刻工况下仍具备稳定性能，我们需要收紧外延参数分布 — 在整个芯片范围内实现更均匀的外延掺杂和更均匀的厚度。我们的材料团队不仅实现了优异的外延，最终还实现了 ±18% 的 RDS(ON) 分布，从而避免了客户在其系统设计中预留不必要的设计裕量。

2. 我们在元胞结构上进行创新，并着重优化有源区

尽管我们决定不在第五代 (Gen 5) 中采用沟槽或超结设计，但我们仍然努力提高了 MOSFET 的沟道密度。通过对我们的六边形元胞设计进行一些重要的修改，我们得以进一步降低电阻，助力客户实现更大电流。我们对裸芯片 (die) 布局设计上也采取了极其严苛的优化策略，每一个非有源部分区域都进行了逐一审视与评估。我们将 1200V 产品的有源区面积提升了 12%，将 750V 产品的有源区面积提升了 6%，这对于改善 RDS(ON) 和阻断电压起到了重要作用。

3. 我们在第四代 (Gen 4) MOSFET  所采用的软恢复体二极管技术基础上进行了迭代优化

第四代 (Gen 4) 技术所采用的软恢复体二极管可降低整个开关周期内的电压过冲，从而帮助设计人员克服以下挑战： 

• 它能降低所有应用（甚至包括汽车和数据中心服务器等要求低损耗和高可靠性的更严苛应用）的开关损耗。
• 它通过降低峰值电压来降低系统级风险。
• 它能实现更快的开关速度，是分立应用的基础构建单元。

总而言之，这些路径加上一些额外的设计调整，对新一代产品所能实现的性能产生了复合效应：在高温下具有超低的 RSP（比导通电阻），因此我们的客户可以继续将其下一代项目推向更远。

就 Wolfspeed 而言，第五代 (Gen 5) 技术彰显了当我们的研发和工程团队在专注于积极倾听客户期望的同时，更专注于如何实现这些期望，能够展现出怎样的能力。我相信还是有人会问 Wolfspeed 的平面型技术还有多大发展空间 — 我们做技术的，总免不了纠结这类问题。我想说的是：只有当我们清楚地听到客户的要求之后，我们才会承诺进行新一代产品的开发，然后我们将设计出绝对符合要求的 MOSFET（无论它最终是采用何种技术路径）。 

目前，我们真诚地期望获得您的反馈，了解当前或未来的第五代 (Gen 5) 新产品导入 (NPI) 如何帮助您解决所面临的具体应用难题。如果您想了解更多信息，请联系我们。我们期待与您合作。