硅，死期未到

首先，我们有必要先回溯下功率半导体的发展历史：早在20世纪50年代末双极结晶体管(BJT)首次发明，20世纪60年代出现了功率二极管和晶闸管，70年代和80年代又出现了绝缘栅双极晶体管(IGBT)和功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等新型功率半导体。此后，该行业不断通过设计和工艺上的优化来不断提升硅功率半导体的性能，例如20世纪90年代初期，超级结结构的MOSFET开始逐步替换平面MOSFET。这些都体现了电子工业对更高性能、更高效率、更小尺寸和更低成本产品的永无止境的追求。

然而在过去二十年中，功率半导体架构的创新变得非常有限，硅功率器件性能已趋于稳定，因此许多人宣称“硅已经走到了尽头”。行业于是开始转而在材料上下功夫，探索更多用于功率器件的材料，这就是现在大火大热的SiC和GaN等宽禁带的半导体材料。虽然大家都觉得硅在很多场景中会比SiC与GaN取代，但是一些厂商则认为硅还没有达到极限，正在不断在硅的基础上创新功率半导体，进而挑战SiC和GaN这些宽禁带半导体。

我们了解到，一家位于美国宾夕法尼亚州名为iDEAL Semiconductor的公司，他们创造了一种新颖的基于硅的功率器件架构，称为是SuperQ的专利技术。据他们的官方描述，该技术在功率器件的原子级进行了创新，解锁了更高的效率和更高的电压性能。该技术仍采用传统的CMOS制造流程，适用于200mm和300mm晶圆。据他们的介绍，SuperQ技术能提供业界最低的单位面积电阻 (RSP)，该技术适用于二极管、MOSFET、IGBT和功率IC等。

具体来看，SuperQ技术主要实现了三项创新：

(1)利用不对称电荷来平衡沟槽：传统功率器件架构的实际限制是将n导区限制在整体结构的50%，其余50%用于电压阻断，不支持传导（如下图所示），也就是说只有50%用于传导。而iDEA公司发明了一种电荷平衡方法，可以薄到总结构的5%，面积利用率高达95%。这为传导打开了更大的空间，提高了效率。

传统的常规1D功率MOSFET(a)和超结MOSFET (b)的截面结构示意图（图源：iDEAL Semiconductor白皮书）

iDEAL公司的SuperQ结构

(2)更薄的外延：该公司最先进的沟槽技术SuperQ提供接近理想的电荷平衡，允许更薄的外延和更好的性能数字。

(3)更高的掺杂浓度：SuperQ的技术由于其阻断效率，可以在传导区实现更高的掺杂浓度。这种增加的掺杂进一步降低了通道的电阻并降低了功率损失。

基于SuperQ技术的200V MOSFET有诸多优势：其电阻比现有硅低6倍，比GaN低1.6 倍。与超结结构相比有55%更大的传导面积；与lingxian的硅MOSFET驱动36马力电机相比,可减少46%的逆变器损耗；采用SuperQ技术设计的电机驱动逆变器可节省高达 50%的功率损耗。

而且SuperQ技术还有希望用于“硅之后”的材料，如果在其他半导体材料上实现之后，它可以重塑碳化硅、氮化镓和其他未来宽禁带材料的成本性能曲线。当宽禁带市场成熟时，SuperQ技术可以加速其应用。

iDEAL的首席执行官马克·格拉纳汉 (Mark Granahan) 表示，他们的芯片可能会在90%的电源芯片市场具有竞争力。目前该公司新筹集了4000万美元的融资，投资者包括半导体制造设备制造商应用材料 （Applied Materials）的投资部门。