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碳化硅器件的技術路線主要有平面型和溝槽型兩種。相較于傳統的平面柵結構，溝槽型結構可實現性能的顯著提升。槽柵結構通過減小柵極到漏極的電容（Cgd）和總體輸出電容，能大幅降低開關過程中的能量損耗，加快開關速度，從而提高工作效率和頻率響應。
據最新的消息，國家第三代半導體技術創新中心（南京）歷經四年自主研發，成功突破了溝槽型碳化硅MOSFET芯片制造的關鍵技術，標志著我國在這一領域實現了首次重大突破。
在國家第三代半導體技術創新中心（南京）平臺，科研人員在第三代半導體——碳化硅芯片產線上檢測產品。圖源：南京日報/紫金山新聞記者 孫中元。
碳化硅作為第三代半導體材料的代表，憑借其寬禁帶、高臨界擊穿電場、高電子飽和遷移速率和高導熱率等優良特性，廣泛應用于各類高性能電子設備。然而，目前業內使用的碳化硅MOSFET芯片主要為平面型，受到工藝限制，溝槽型碳化硅MOSFET遲遲未能實現量產和應用。
溝槽柵結構相比平面柵結構具有顯著優勢，包括更低的導通損耗、更好的開關性能和更高的晶圓密度，能夠有效降低芯片的使用成本。然而，制造溝槽型碳化硅MOSFET的核心難點在于工藝。碳化硅材料硬度極高，刻蝕過程中的精度和表面處理對器件性能至關重要。國家第三代半導體技術創新中心（南京）組織核心研發團隊經過四年多的探索，最終克服了“挖坑”工藝中的精度、穩定性和表面處理等難題，成功制造出導通性能較平面型提升30%的溝槽型碳化硅MOSFET芯片。
這一技術突破為溝槽型碳化硅功率器件的應用奠定了基礎，預計一年內，這類芯片將在新能源汽車電驅動、智能電網、光伏儲能等領域投入使用。溝槽結構的應用不僅能夠進一步降低電阻，提高續航能力，還能通過提高芯片密度，顯著降低生產成本。以新能源汽車為例，碳化硅功率器件相比傳統硅基器件具備約5%的續航提升優勢，溝槽結構的引入將進一步優化功耗表現，從而降低芯片使用成本。
根據市場調研機構Yole的預測，碳化硅功率器件市場將在未來持續增長，預計到2029年全球市場規模將達到100億美元，2023-2029年的年復合增長率將達到25%。在這一背景下，國家第三代半導體技術創新中心（南京）也已啟動碳化硅超集結器件的研發工作，這種新結構預計將擁有比溝槽型結構更優異的性能，為未來技術發展帶來更多可能性。
此次碳化硅溝槽型MOSFET芯片制造技術的突破不僅填補了我國在該領域的技術空白，還為推動碳化硅器件的大規模應用奠定了堅實基礎。隨著該技術在新能源汽車、智能電網、光伏儲能等領域的推廣，其高效率、低能耗的優勢將進一步釋放，為相關產業帶來巨大的經濟效益和技術提升。
碳化硅作為第三代半導體的代表材料，未來的市場潛力不可限量。隨著溝槽型結構的引入，碳化硅功率器件的性能和成本競爭力都將得到顯著提升，助力中國在全球碳化硅器件市場占據更加有利的地位。在行業快速增長的大背景下，我國半導體技術的突破將進一步加速新一代電子設備的普及應用，并推動全球市場的技術迭代和產業升級。