II-VI为何能依靠通用电气的知识产权征服碳化硅功率市场？

正如前期宣布的那样，光学元件和材料制造商II-VI已从通用电气公司（General Electric）获得碳化硅(SiC)技术许可，进军功率器件和模块领域。就像II-VI在碳化硅晶圆市场的主要竞争对手Cree/Wolfspeed和罗姆集团公司(包括SiCrystal)那样，新的技术许可旨在利用碳化硅基电子器件日益增长的市场需求，这种需求由快速发展的EV/HEV应用所驱动。

Knowmade在《2019年碳化硅功率专利格局（MOSFETs -SBDs - Modules）》报告中回顾了通用电气的碳化硅功率器件技术。“通用电气的专利行动始于2000年代末，专注于碳化硅 MOSFET的平面型器件架构。”Knowmade化合物半导体和电子的技术专利分析师RémiComyn肯定地说。事实上，截止到2020年，通用电气的专利组合包括30多个与碳化硅 MOSFET相关的专利族（即单个发明在多个国家/地区获得专利），集中了30多项已授权的专利和40多项正在申请的专利，反映了通用电气的全球知识产权战略遍及美国，中国，日本和欧洲。 

根据Knowmade的分析，通用电气是平面型碳化硅 MOSFET技术领域里最活跃的知识产权玩家，但仍然是Cree/Wolfspeed和三菱电机的挑战者，如图1所示。Cree从上世纪90年代开始进行专利行动，在平面型碳化硅 MOSFET领域占据领先地位，目前在全球拥有超过90项已获授权的专利，包括多项关键专利。而截至2018年，通用电气的专利组合主要由待批专利申请组成。在过去的几年中，通用电气设法将有前景的知识产权转化为更多可执行的专利组合（图1）。

图1：在平面型碳化硅 MOSFET专利领域中，通用电气知识产权的领导地位的演变

此外，通用电气在碳化硅 MOSFET技术相关的专利活动目前已转向基于该技术的功率转换器。RémiComyn表示：“我们观察到通用电气在碳化硅 MOSFET领域的专利活动有所放缓，自2018年以来仅有几项新发明，这表明通用电气的碳化硅 MOSFET技术已经高度成熟。”“目前，通用电气的专利活动集中在美国专利优先权在全球范围内的扩展”。除了碳化硅 MOSFET和碳化硅基转换器，通用电气还公布了几项与低电感碳化硅功率模块相关的新发明，如专利US 10,021,802（2018）和专利US 9,893,646（2017）。

有趣的是，通用电气申请的众多专利都集中在与平面型碳化硅 MOSFET的栅极结构有关的问题上，例如减轻碳化硅 MOSFET器件阈值电压中的负偏压温度不稳定性。在专利US 10,367,089中，发明人在栅极电极上插入一个介电层，在介电层内部或下方插入补救层，将阈值电压的变化限制在1伏以下。（图2）。

图2 ：（专利US 10,367,089）补救层123位于介电层120上，缓解负偏压温度不稳定的情况。

此外，通用电气的专利组合解决了平面型碳化硅技术的不同构件，例如：

•碳化硅器件中欧姆接触的系统和方法（基于退火的硅化镍层）（专利US 9,230,807）

•具有优化层的碳化硅 MOSFET器件中的电场屏蔽(专利US 10,096,681)

•一种在栅极电极尖角处降低电场的平面型碳化硅 MOSFET器件（图3），可提高器件的可靠性(专利申请EP 3,108,507)

•一种增加了沟道外围的非平面型碳化硅n沟道DMOSFET器件(专利号US 9,024,328)

图3 ：（专利申请EP 3,108,507）栅极绝缘层(202)，例如SiO₂在层角处的厚度大于中心处。栅极电极(204)包括多晶硅层。

最近，通用电气公开了一项关于碳化硅功率器件具有正温度系数（PTC）栅极网络的发明(2019)。以及一项关于碳化硅器件在终端区域具有改善电场抑制的发明(2020)。

2013年，通用电气在汽车行业的技术进行了认证（AEC-Q101，200°C）。2016年底，除去在其现有的4英寸试点碳化硅晶圆厂（位于美国Niskayuna的通用电气全球研究中心）进行小批量生产外，还在纽约电力电子制造联盟（NY-PEMC）工厂（美国Albany市纽约理工学院150毫米碳化硅晶圆厂）进行碳化硅功率器件的大批量生产。2017年，在NY-PEMC的框架下，通用电气与Danfoss建立制造合作关系，在美国纽约州的Utica生产碳化硅功率模块。有趣的是，Danfoss是2019年功率碳化硅专利格局中的新成员，在2018年提交了4项待审申请，涉及碳化硅功率器件的高功率转换效率和高功率密度模块的优化。

II-VI与通用电气之间的专利协议将进一步推动平面型碳化硅MOSFET技术在系统电气化方面的应用，例如工业基础设施，大型数据中心和汽车（EV / HEV）。“虽然大多数以汽车为重点的专利申请人，例如Toyota Motor和罗姆似乎都将重点放在汽车应用的沟槽式碳化硅 MOSFET技术上，但我们也观察到涉及平面型碳化硅 MOSFET供应商（例如Cree / Wolfspeed）合作开发基于碳化硅的汽车应用”，RémiComyn说道。举例来说，2019年11月，Cree / Wolfspeed与领先的汽车供应商ZF建立了战略合作伙伴关系，以增强碳化硅逆变器的电动动力系统。

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