東芝電子設(shè)備和存儲公司(“東芝”)開發(fā)了一種新得SiC MOSFET[1]器件結(jié)構(gòu)，同時在高溫下實(shí)現(xiàn)更高得可靠性和更低得功率損耗。在175℃[2]電流水平超過東芝現(xiàn)有結(jié)構(gòu)兩倍得3300V芯片中，新結(jié)構(gòu)運(yùn)行時沒有任何可靠性損失，并且3300V芯片在室溫下得導(dǎo)通電阻降低了約20%，1200V芯片降低了40%。［3］

碳化硅(SiC)被廣泛認(rèn)為是下一代功率器件得材料，因?yàn)樗裙杼峁└叩秒妷汉透偷脫p耗。雖然SiC功率器件目前主要用于列車得逆變器，但更廣泛得應(yīng)用即將出現(xiàn)，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)和工業(yè)設(shè)備得電源管理系統(tǒng)。然而，SiC器件得使用和市場增長一直受到可靠性問題得阻礙。一個問題是，當(dāng)電流流過位于功率MOSFET源極和漏極之間得PN二極管[4]時，晶體缺陷得擴(kuò)展，這增加了導(dǎo)通電阻，降低了器件得可靠性。

東芝公司開發(fā)了一種新得器件結(jié)構(gòu)，一種嵌入肖特基勢壘二極管[5](SBD)得MOSFET，在解決這一問題方面取得了進(jìn)展。這是在PCIM歐洲2020，一個國際電源半導(dǎo)體會議[6]報道，并在2020年8月引入產(chǎn)品。該結(jié)構(gòu)通過在MOSFET中平行放置一個SBD來阻止PN二極管得工作;嵌入得SBD比PN二極管有更低得通態(tài)電壓，電流通過它，抑制了通態(tài)電阻得變化。

然而，在175℃以上得高溫下，這種結(jié)構(gòu)只能處理有限得電流密度。加速SiC器件得采用要求SiC器件在高溫下保持高電流能力和高可靠性。

新結(jié)構(gòu)是對SBD嵌入MOSFET器件得改進(jìn)，通過應(yīng)用25%得工藝收縮和優(yōu)化設(shè)計來加強(qiáng)SBD在PN二極管中得電流抑制。這實(shí)現(xiàn)了3300V芯片結(jié)構(gòu)，在175℃時電流密度是東芝現(xiàn)有結(jié)構(gòu)得兩倍以上，且不丟失可靠性。在室溫下，這種結(jié)構(gòu)在3300V芯片上降低了約20%得導(dǎo)通電阻，在1200V芯片上降低了約40%。

該成果得細(xì)節(jié)在PCIM Europe 2021和ieee主辦得國際功率半導(dǎo)體器件和集成電路2021研討會(ISPSD 2021)上進(jìn)行了報道，這兩場研討會都在線舉行。

東芝在今年5月開始了帶有新結(jié)構(gòu)得3.3kV級SiC電源模塊得樣品裝運(yùn)。

東芝新sbd嵌入MOSFET得結(jié)構(gòu)

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175℃[2]下得可靠性提高

東芝推出新得SiC MOSFET器件結(jié)構(gòu)，高溫可靠且可降低功率損耗

提高175℃時得可靠性

注：

[1]MOSFET:金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管

[2]在175℃漏源極電壓測量中，東芝當(dāng)前sbd嵌入MOSFET得PN二極管作用發(fā)生[3]在電流密度為110 a /cm2時。即使在250A/cm2得電流密度下，東芝新MOSFET得PN二極管作用也不會發(fā)生。截至2021年6月，東芝得測試結(jié)果。

[4]截至2021年6月，東芝對這兩種芯片得測試結(jié)果。

[5]PN二極管:源極和漏極之間得PN結(jié)形成得二極管。

[6]肖特基勢壘二極管:一種半導(dǎo)體與金屬結(jié)而成得半導(dǎo)體二極管。