第2講：三菱電機SiC器件發展史

三菱電機從上世紀90年代已經開始啟動SiC相關的研發工作。最初階段，SiC晶體的品質并不理想，適合SiC的器件結構和制造工藝仍處于探索階段，但研發人員堅信SiC MOSFET是能夠最大限度發揮SiC材料優異物理性能的器件，因此一直致力于相關研發。

三菱電機于2003年開發出耐壓2kV的小芯片SiC MOSFET，并于2005年開發出耐壓1200V、電流10A的SiC MOSFET樣片。對10A的SiC MOSFET進行動態特性評估，結果表明，與Si IGBT相比，開關損耗可顯著降低。隨后，三菱電機繼續開發大電流芯片、3.3kV高耐壓芯片以及集成各種功能的SiC MOSFET器件，并將持續致力于開發高性能、高可靠性且易于使用的SiC MOSFET器件。

三菱電機集團內部擁有器件開發、電力電子應用開發和系統開發等部門。利用這一優勢，三菱電機在開發SiC芯片的同時，也率先著手開發SiC MOSFET逆變器。2007年，制造了應用SiC MOSFET的3.7kW逆變器，結果顯示可將逆變器損耗降低50%。2009年，制造出了11kW和20kW逆變器，根據驅動條件的不同，逆變器損耗可降低70-90%。這一時期，SiC晶圓的品質得到加速改善，SiC工藝相關技術知識也在不斷積累，大家對SiC功率器件的實際期望也在不斷提高。然而，由于擔心柵極氧化膜的可靠性，一些制造商對SiC MOSFET仍持懷疑態度。

圖3：SiC逆變器驅動電機的試驗平臺

三菱電機很早就開始著手SiC器件應用的系統開發。2010年，三菱電機率先將采用SiC SBD的混合DIPIPM?應用到空調產品中并實現產品化。2011年，開發出1200A/1700V的大功率混合SiC模塊，并將其應用于地鐵的主逆變器中。關于SiC MOSFET，三菱電機于2013年將3.3kV全SiC模塊成功應用于軌道車輛主逆變器中，并實現產品化。3.3kV全SiC模塊已應用于包括高速列車在內的眾多軌道車輛主逆變器中，并已投入商業化運營。此外，三菱電機分別于2015年和2016年，將SiC MOSFET成功應用到工業用IPM和家電用DIPIPM?中，實現了產品化，有助于降低系統的損耗。尤其是SiC MOSFET在軌道車輛主逆變器中的應用，對行業產生了巨大影響，并加速了SiC MOSFET的產品化和普及。

圖7：家電用15A、25A/600V全SiC DIPIPM?

關于三菱電機SiC器件的開發和生產線，三菱電機于2000年建立了2英寸和3英寸的生產線，在2009年建立了4英寸生產線并實現了產品化。在2010年代后期，建立了6英寸生產線，也是目前的主要生產線。未來，晶圓供應商和設備制造商都希望轉向8英寸晶圓生產線，三菱電機也正在開發8英寸生產線，計劃于2026年開始運行。今后，隨著SiC器件在電動汽車、新能源等市場領域的大幅擴大，8英寸生產線的投入將有望大幅降低成本、提高生產效率。