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可提高碳化硅MOSFET可靠性的東芝新器件結(jié)構(gòu)問(wèn)世

發(fā)布時(shí)間:2020-08-05 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】東京——東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社(簡(jiǎn)稱(chēng)“東芝”)今日宣布了一種可提高碳化硅(SiC)MOSFET[1]可靠性的新器件結(jié)構(gòu)問(wèn)世。相較于東芝的典型器件結(jié)構(gòu),MOSFET內(nèi)嵌的肖特基勢(shì)壘二極管[2](SBD)可在抑制導(dǎo)通電阻增大的同時(shí),將器件結(jié)構(gòu)的可靠性提高10倍以上[3]
 
功率器件是降低車(chē)輛以及工業(yè)設(shè)備和其它電氣設(shè)備能耗的重要元器件,而碳化硅相較于有機(jī)硅可進(jìn)一步提高電壓并降低損耗,因此業(yè)界普遍預(yù)期碳化硅將成為新一代的功率器件材料。雖然碳化硅材質(zhì)的功率器件目前主要用于列車(chē)逆變器,但其今后的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,包括用于工業(yè)設(shè)備的各種光伏發(fā)電系統(tǒng)(PPS)和電源管理系統(tǒng)(PMS)。
 
目前可靠性問(wèn)題是碳化硅器件利用和市場(chǎng)增長(zhǎng)的攔路虎,問(wèn)題之一涉及位于功率MOSFET的電源與列車(chē)之間的PN結(jié)二極管[4]。PN結(jié)二極管的外施電壓使其帶電,造成導(dǎo)通電阻變化,進(jìn)而有損于器件的可靠性。東芝新推出的肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)內(nèi)嵌式MOSFET器件結(jié)構(gòu)正是此問(wèn)題的克星。
 
該新結(jié)構(gòu)中有一個(gè)與電池單元內(nèi)的PN結(jié)二極管平行設(shè)置的肖特基勢(shì)壘二極管,可防止PN結(jié)二極管帶電。相較于PN結(jié)二極管,內(nèi)嵌肖特基勢(shì)壘二極管的通態(tài)電壓更低,因此電流會(huì)通過(guò)內(nèi)嵌肖特基勢(shì)壘二極管,進(jìn)而抑制導(dǎo)通電阻變化和MOSFET可靠性下降等問(wèn)題。
 
內(nèi)嵌肖特基勢(shì)壘二極管的MOSFET現(xiàn)已投入實(shí)際應(yīng)用,但僅限于3.3kV器件等高壓產(chǎn)品;內(nèi)嵌肖特基勢(shì)壘二極管通常會(huì)使導(dǎo)通電阻升高至僅高壓產(chǎn)品能承受的一個(gè)電壓水平。東芝在調(diào)整各個(gè)器件參數(shù)后發(fā)現(xiàn)MOSFET中肖特基勢(shì)壘二極管的面積比是抑制導(dǎo)通電阻增大的關(guān)鍵因素。東芝通過(guò)優(yōu)化肖特基勢(shì)壘二極管的這一比例,實(shí)現(xiàn)了1.2kV級(jí)高可靠型碳化硅(SiC)MOSFET。
 
東芝計(jì)劃自今年八月下旬起利用這項(xiàng)新技術(shù)開(kāi)始量產(chǎn)1.2kV級(jí)碳化硅(SiC)MOSFET。
 
2020年7月德國(guó)紐倫堡國(guó)際電力電子系統(tǒng)及元器件展覽會(huì)(PCIM Europe)上報(bào)道了該新器件結(jié)構(gòu)的詳情,這是一次在線舉辦的國(guó)際性功率半導(dǎo)體展會(huì)。
 
 
[1] MOSFET:金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管
[2] 肖特基勢(shì)壘二極管(SBD):通過(guò)半導(dǎo)體與金屬接合形成的一種半導(dǎo)體二極管
[3] 東芝規(guī)定當(dāng)以250A/cm2的電流密度通過(guò)電源向某器件的漏極通電1,000小時(shí)后才出現(xiàn)導(dǎo)通電阻變化,即視為該器件可靠。東芝的典型MOSFET的導(dǎo)通電阻變化率高達(dá)43%,而肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)內(nèi)嵌式MOSFET的這一變化率僅為3%。
[4] PN結(jié)二極管:通過(guò)在電源與漏極之間設(shè)置PN結(jié)形成的一種二極管
 
肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)內(nèi)嵌式MOSFET的結(jié)構(gòu)
可提高碳化硅MOSFET可靠性的東芝新器件結(jié)構(gòu)問(wèn)世
 
肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)內(nèi)嵌式MOSFET可抑制導(dǎo)通電阻變化
可提高碳化硅MOSFET可靠性的東芝新器件結(jié)構(gòu)問(wèn)世
 
 
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