SiC MOSFET新結構:可靠性提升10倍,電流增加100%

2020年東芝電子開發了新的SiC MOSFET結構,將可靠性提升了 10倍 昨天 東芝官網宣布,他們對該 結構進行 改良, 開發了3.3kV的SiC MOSFET。

據介紹,在不犧牲可靠性的同時,電流增加了1倍,將導通電阻降低了20%。該器件的樣品已于今年5月發貨。

SiC MOSFET新結構:可靠性提升10倍,電流增加100%的圖1

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SiC MOSFET新結構

可靠性提升10倍

2020年7月,東芝宣布推出一種新的器件結構,SiC MOSFET可靠性提高10倍以上。
SiC MOSFET新結構:可靠性提升10倍,電流增加100%的圖2
碳化硅 廣泛應用 太陽能 光伏 工業 電源等 領域,但 目前 2個“攔路虎” ——除了需要降低成本外,還需提高碳化硅器件 可靠性。
據東芝解釋,當源漏之間的PN二極管通電時,會使SiC MOSFET帶電,造成導通電阻產生變動,進而有損于器件的可靠性。
為此,東芝開發了一種SBD嵌入式MOSFET結構,可在抑制導通電阻增大的同時,提升器件可靠性。 2 020年8月,東芝利用這項新技術量產了1.2kV的SiC MOSFET。
SiC MOSFET新結構:可靠性提升10倍,電流增加100%的圖3
圖1:SBD嵌入式SiC MOSFET截面結構
據介紹,該結構中有一個與電池單元內的PN結二極管平行設置的SBD,可防止PN結二極管帶電。相較于PN結二極管,內嵌SBD結構的通態電壓更低,因此電流會通過內嵌SBD,進而抑制導通電阻變化和MOSFET可靠性下降等問題。
SiC MOSFET新結構:可靠性提升10倍,電流增加100%的圖4
圖2:傳統SiC MOSFET與新開發結構之間導通電阻波動的比較

從1.2kV到3.3kV

可靠性不變,電流提升1倍

盡管上述器件結構可以提升可靠性,但是也存在一個問題: 在175°C或更高的高溫環境中, SiC MOSFET可傳導的電流量受到限制。
根據東芝6月23日消息, 他們 對該器件結構進行修改,開發了一款3.3kV的SiC MOSFET,結果是——電流水平是東芝現有結構的2倍以上,而且不會降低可靠性,其導通電阻也下降了20%。
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圖3:改良器件結構圖
據介紹,東芝通過2個改進措施來解決反向傳導電流量限制:一是將單元尺寸縮少了25%,二是優化了電流擴散層結構。
通常,當特性導通電阻降低時,與可靠性直接相關的指標——短路耐受性也會跟著降低,但是由于該器件結構經過改進,短路耐受性反而增加了25%(以1.2kV SiC MOSFET為例),而且也提高了可靠性。
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根據測試結果,在175℃時,這種3.3kV SiC MOSFET的電流密度是東芝現有結構的2倍以上,而且可靠性不會損失。
在室溫下,該結構還可將3.3kV SiC MOSFET的特定導通電阻降低了約20%,將1.2kV SiC MOSFET的特定導通電阻降低了約40%。
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