東芝電子元件及存儲裝置株式會(huì )社（“東芝”）今日宣布，最新開(kāi)發(fā)出一款用于車(chē)載牽引逆變器[1]的裸片[2]1200 V碳化硅（SiC）MOSFET“X5M007E120”，其創(chuàng )新的結構可實(shí)現低導通電阻和高可靠性。X5M007E120現已開(kāi)始提供測試樣品，供客戶(hù)評估。
當典型SiC MOSFET的體二極管在反向傳導操作[3]期間雙極通電時(shí)，其可靠性會(huì )因導通電阻增加而降低。東芝SiC MOSFET通過(guò)在MOSFET中嵌入SBD（肖特基勢壘二極管）以弱化體二極管工作的器件結構來(lái)緩解上述問(wèn)題，但如若將SBD布置在芯片上，會(huì )減少為通道提供的板面積，板面積不僅可決定MOSFET導通工作的電阻，而且還可增加芯片的導通電阻。 X5M007E120中嵌入的SBD采用格紋形態(tài)排列，沒(méi)有采用常用的條形形態(tài)，這種排列可高效抑制器件體二極管的雙極通電，而且即便占用相同的SBD掛載面積，也能將單極工作的上限提升到大約兩倍的當前面積。此外，也可針對條形陣列提高通道密度，而且單位面積的導通電阻很低，大約降低了20 %至30 %[5]。這一提高的性能、低導通電阻以及針對反向導通工作保持的可靠性，可節省用于電機控制的逆變器的電能，例如牽引逆變器。 降低SiC MOSFET的導通電阻，會(huì )導致短路[6]時(shí)流過(guò)MOSFET的電流過(guò)大，進(jìn)而降低短路耐久性。此外，增強嵌入式SBD的傳導，提高反向傳導工作的可靠性，也會(huì )增大短路時(shí)的漏電流，從而可再次降低短路耐久性。最新裸片具有深勢壘結構設計[7]，可在短路狀態(tài)下抑制MOSFET的過(guò)大電流和SBD的漏電流，這可在提高其耐久性的同時(shí)，保持針對反向傳導工作的極高可靠性。 用戶(hù)可根據其特定的設計需求定制裸片，實(shí)現面向其應用的解決方案。 東芝預計將在2025年提供X5M007E120的工程樣品，并在2026年投入量產(chǎn)，同時(shí)，其將進(jìn)一步探索器件特征的改進(jìn)。 東芝將為客戶(hù)提供易用性和性能都更高的電源半導體產(chǎn)品，充分滿(mǎn)足電機控制逆變器和電動(dòng)汽車(chē)電力控制系統等能效都至關(guān)重要的領(lǐng)域的應用需求，從而為實(shí)現脫碳社會(huì )做出貢獻。
圖1：外觀(guān)（俯視圖）與內部電路
圖2：現有條形形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET與格紋形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET的原理圖
圖3：條形形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET與格紋形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET的單極傳導及導通電阻臨界電流密度測量值（東芝調查）
圖4：典型SiC MOSFET與東芝SiC MOSFET（將SBD嵌入MOSFET芯片的MOSFET）的比較
圖5：格紋形態(tài)嵌入式SBD的現有MOSFET與深勢壘結構設計MOSFET的原理圖
圖6：條形形態(tài)嵌入式SBD和深勢壘結構設計MOSFET的短路耐受時(shí)間和導通電阻的測量值（東芝調查） 應用： - 車(chē)載牽引逆變器 特性： - 低導通電阻與高可靠性 - 車(chē)載裸片 - 通過(guò)AEC-Q100認證 - 漏極—源極電壓額定值：VDSS＝1200 V - 漏極電流（DC）額定值：ID＝（229）A[8] - 低導通電阻： RDS(ON)＝7.2 mΩ（典型值）（VGS＝＋18 V、Ta＝25 °C） RDS(ON)＝12.1 mΩ（典型值）（VGS＝＋18 V、Ta＝175 °C） 主要規格： （除非另有說(shuō)明，Ta＝25 °C）
注： [1] 可將電池供電的DC電源轉換為AC電源并可控制電動(dòng)汽車(chē)（EV）或混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)（HEV）電機的設備。 [2] 未封裝芯片產(chǎn)品。 [3] 電路中電流回流導致的電流從源極流向漏極的工作。 [4] 當正向電壓施加到漏極和源極之間的pn二極管時(shí)的雙極性工作。 [5] 相比使用條形形態(tài)的產(chǎn)品。 [6] 與在正常開(kāi)關(guān)工作期間的短時(shí)間傳導相比，在控制電路故障等異常模式下出現長(cháng)時(shí)間傳導的現象，要求具有在一定短路工作持續時(shí)間內不會(huì )出現故障的強度。 [7] 為控制因高壓而產(chǎn)生的高電場(chǎng)提供的器件結構元件，其會(huì )對器件性能產(chǎn)生重大影響。 [8] 暫定值。 如需了解有關(guān)東芝SiC功率器件的更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)以下網(wǎng)址： SiC功率器件 https://toshiba-semicon-storage. ... tml#SiCPowerDevices | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
