今天这篇，2023年的文章，来自北卡罗来纳，作者是IGBT发明人，功率器件领域著名的Baliga大佬，这部分内容，是SiC沟槽MOSFET的发展历程，包括五种改进结构，槽底屏蔽区结构、双沟槽结构、不对称屏蔽区结构、加厚栅介质结构以及两侧屏蔽区结构。
先回顾平面型SiC MOSFET结构，如上，绿色的栅极（导体）被黄色的栅介质（绝缘体）包裹，位于红色or蓝色的半导体材料之上，
栅极区域，半导体材料表面平整，此即平面型。
1990年代，为进一步降低导通电阻，功率半导体行业从Si平面栅功率MOSFET过渡到Si沟槽栅MOSFET。
最初，业界试图直接复制Si沟槽栅MOSFET结构，以制造沟槽型SiC MOSFET，器件结构如下：
棕色的栅极（导体）被黄色的栅介质（绝缘体）包裹，二者位于红色or蓝色的半导体材料之间，换言之，在半导体表面，隔一段距离挖一个沟槽，向其中填充栅介质和栅极材料，此即沟槽栅结构。
当时SiC材料的离子注入工艺尚不成熟，因此采用外延工艺制备P-base和N+源区，这种结构并不适用于SiC材料，原因有二：
1、关断状态下，栅介质承受的电场强度太大，使器件提前击穿。
Si器件不存在这问题，究其原因，SiC材料的临界击穿场强远高于Si（10倍左右），这一差异的结果是——在Si功率器件中，随着电场强度的提升，最先击穿的，一般是Si材料，而不是SiO₂，因此不需要额外关注SiO₂的稳定性。
但在SiC功率器件中，随着电场强度的提升，最先击穿的很可能是SiO₂，所以需要额外关注SiO₂的稳定性。
另外在沟槽型SiC MOSFET中，由于栅介质位于沟槽底部，深入半导体材料之中，相比位于半导体材料表面的平面型SiC MOSFET的栅介质，前者会承受更高电场，更容易提前击穿。
2、关断状态下，P-base区上下耗尽区贯通，使其发生穿通击穿，为解决此问题需采用厚度较大的P-base，但这样又会使沟道电阻骤增。
沟槽型SiC MOSFET的设计关键，就是通过合适位置、合适参数的屏蔽区，分担栅介质电场，确保器件可靠性，同时不至于明显影响电流密度。
第一种改进结构如上，1995年提出，在沟槽下方设置P屏蔽区，关断状态下利用P屏蔽区与N漂移区形成的PN结，分担电场，以降低栅介质承受场强。
P屏蔽区会增大导通电阻，因此在其两侧设置JFET区，高浓度N型掺杂，确保足够的电流密度。P-base左侧的P+区用于防止P阱穿通。
后来三菱等公司对这种结构有诸多研究，它的最大问题在于，槽底的P屏蔽区如何与源极短接？
只能在器件纵深方向通过版图与源极短接，但会导致短路能力等一系列问题，目前量产沟槽型SiC MOSFET的公司，很少采用这种路线。
第二种改进结构如上，2011年由ROHM提出，是为DT-MOS，
在源极区域和栅极区域同时刻槽，形成双沟槽结构，对源槽的侧壁及底部进行注入，形成P屏蔽区，以此保护栅介质。
这张图源槽和栅槽同样深，这是ROHM第三代SiC MOSFET产品的设计，在第四代产品中，源槽深度远大于栅槽，以提供更优异的保护效果。亦有研究证明，如此设计可以显著提升器件的UIS能力。
第三种改进结构如上，2017年由Infineon提出，是为AT-MOS，特点是：牺牲一半导电沟道，对栅沟槽一侧及部分底部进行离子注入，形成呈半包状的屏蔽区，以保护栅介质。
为弥补电流密度的损失，将导电沟道做在（11-20）晶面，该晶面是已知迁移率最高的4H-SiC晶面，因此AT-MOS的电流密度并未呈现劣势。
第四种改进结构如上，2013年由丰田提出，
特点是：将沟槽底部的栅介质做厚，以提升其抗击穿能力，同时可以降低栅漏电容，提升开关特性。
原报道证明，加厚底部栅介质对导通电阻的影响很微弱，仅增加2%，而Eox降低36%，Qgd降低38%
这张图，是ROHM SCT4045DEC11产品的栅槽TEM图像，右图分辨率更高，可以看到，沟槽底部的SiO2层，厚于沟槽侧壁的SiO2层，不知道ROHM采用的工艺，是否与丰田当年开发的厚介质工艺有关？
另一种重要结构，原文没有提及，补充在此，
如上，2016年的报道，来自AIST，沟槽两侧通过MeV级离子注入，形成较深的Buried P区，以保护栅介质。
这张图中，沟槽底部也设有P区，但为电流密度考虑，很多研究机构不在槽底设P区，只在两侧设计Buried P区，
博世等公司对此结构做过大量研究，商用产品亦采用此路线。
小结
1、在半导体表面，隔一段距离挖一个沟槽，向其中填充栅介质和栅极材料，此即沟槽栅结构。
2、沟槽型SiC MOSFET中，由于SiC材料的临界击穿场强远高于Si，且栅介质位于沟槽底部，深入半导体材料之中，因此关断状态下，栅介质承受的电场强度较大，使器件提前击穿。
沟槽型SiC MOSFET的设计关键，就是通过合适位置、合适参数的屏蔽区，分担栅介质电场，确保器件可靠性，同时不至于明显影响电流密度。
3、五种经典改进结构，包括槽底设置屏蔽区结构、双沟槽结构、不对称屏蔽区结构、底部栅介质加厚结构，以及两侧屏蔽区结构。
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