全球知名半導體制造商ROHM(總部位于日本京都市)開發(fā)出“1200V 第4代SiC MOSFET※1”,非常適用于包括主機逆變器在內的車載動力總成系統(tǒng)和工業(yè)設備的電源。
對于功率半導體來說,當導通電阻降低時短路耐受時間※2就會縮短,兩者之間存在著矛盾權衡關系,因此在降低SiC MOSFET的導通電阻時,如何兼顧短路耐受時間一直是一個挑戰(zhàn)。
此次開發(fā)的新產(chǎn)品,通過進一步改進ROHM獨有的雙溝槽結構※3,改善了二者之間的矛盾權衡關系,與以往產(chǎn)品相比,在不犧牲短路耐受時間的前提下成功地將單位面積的導通電阻降低了約40%。
而且,通過大幅減少寄生電容※4(開關過程中的課題),與以往產(chǎn)品相比,成功地將開關損耗降低了約50%。
因此,采用低導通電阻和高速開關性能兼具的第4代 SiC MOSFET,將非常有助于顯著縮小車載逆變器和各種開關電源等眾多應用的體積并進一步降低其功耗。本產(chǎn)品已于2020年6月份開始以裸芯片的形式依次提供樣品,未來計劃以分立封裝的形式提供樣品。
近年來,新一代電動汽車(xEV)的進一步普及,促進了更高效、更小型、更輕量的電動系統(tǒng)的開發(fā)。特別是在驅動中發(fā)揮核心作用的主機逆變器系統(tǒng),其小型高效化已成為重要課題之一,這就要求進一步改進功率元器件。
另外,在電動汽車(EV)領域,為延長續(xù)航里程,車載電池的容量呈日益增加趨勢。與此同時,要求縮短充電時間,并且電池的電壓也越來越高(800V)。為了解決這些課題,能夠實現(xiàn)高耐壓和低損耗的SiC功率元器件被寄予厚望。
在這種背景下,ROHM于2010年在全球率先開始了SiC MOSFET的量產(chǎn)。ROHM很早就開始加強符合汽車電子產(chǎn)品可靠性標準AEC-Q101的產(chǎn)品陣容,并在車載充電器(On Board Charger:OBC)等領域擁有很高的市場份額。此次,導通電阻和短路耐受時間之間取得更好權衡的第4代 SiC MOSFET的推出,除現(xiàn)有市場之外,還將加速在以主機逆變器為主的市場中的應用。
未來,ROHM將會不斷壯大SiC功率元器件的產(chǎn)品陣容,并結合充分發(fā)揮元器件性能的控制IC等外圍元器件和模塊化技術優(yōu)勢,繼續(xù)為下一代汽車技術創(chuàng)新貢獻力量。另外,ROHM還會繼續(xù)為客戶提供包括削減應用開發(fā)工時和有助于預防評估問題的在線仿真工具在內的多樣化解決方案,幫助客戶解決問題。
<特點>
1. 通過改善溝槽結構,實現(xiàn)業(yè)界極低的導通電阻
ROHM通過采用獨有結構,于2015年全球首家成功實現(xiàn)溝槽結構※5SiC MOSFET的量產(chǎn)。其后,一直致力于進一步提高元器件的性能,但在降低低導通電阻方面,如何兼顧存在矛盾權衡關系的短路耐受時間一直是一個挑戰(zhàn)。
此次,通過進一步改善ROHM獨有的雙溝槽結構,在不犧牲短路耐受時間的前提下,成功地使導通電阻比以往產(chǎn)品降低約40%。
2. 通過大幅降低寄生電容,實現(xiàn)更低開關損耗
通常,MOSFET的各種寄生電容具有隨著導通電阻的降低和電流的提高而增加的趨勢,因而存在無法充分發(fā)揮SiC原有的高速開關特性的課題。
此次,通過大幅降低柵漏電容(Cgd),成功地使開關損耗比以往產(chǎn)品降低約50%。
<術語解說>
※1) MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor的縮寫)
金屬-氧化物-半導體場效應晶體管,是FET中最常用的結構。用作開關元件。
※2) 短路耐受時間
MOSFET短路(Short)時達到損壞程度所需的時間。通常,當發(fā)生短路時,會流過超出設計值的大電流,并因異常發(fā)熱引起熱失控,最后導致?lián)p壞。提高短路耐受能力涉及到與包括導通電阻在內的性能之間的權衡。
※3) 雙溝槽結構
ROHM獨有的溝槽結構。在SiC MOSFET中采用溝槽結構可有效降低導通電阻,這一點早已引起關注,但是需要緩和柵極溝槽部分產(chǎn)生的電場,以確保元器件的長期可靠性。
ROHM通過采用可以緩和這種電場集中問題的獨有雙溝槽結構,成功攻克了該課題,并于2015年全球首家實現(xiàn)了溝槽結構SiC MOSFET的量產(chǎn)。
※4) 寄生電容
電子元器件內部的物理結構引起的寄生電容。對于MOSFET來說,有柵源電容(Cgs)、柵漏電容(Cgd)和漏源電容(Cds)。柵源電容和柵漏電容取決于柵極氧化膜的電容。漏源電容是寄生二極管的結電容。
※5) 溝槽結構
溝槽(Trench)意為凹槽。是在芯片表面形成凹槽,并在其側壁形成MOSFET柵極的結構。不存在平面型MOSFET在結構上存在的JFET電阻,比平面結構更容易實現(xiàn)微細化,有望實現(xiàn)接近SiC材料原本性能的導通電阻。
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