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溝槽構造SiC-MOSFET可大幅降低導通電阻
協助工業設備等大功率設備的小型化與低功耗化
[作者 ROHM]   2015年08月14日 星期五 瀏覽人次: [11777]


ROHM近日研發出採用溝槽結構的SiC-MOSFET,並已建立完備的量產體制。與量產中的平面型SiC-MOSFET相比,同一晶片尺寸的導通電阻可降低50%,這將大幅降低太陽能發電用功率調節器和工業設備用電源、工業用變流器等所有相關設備的功率損耗。此次研發的SiC-MOSFET計畫將推出功率模組及離散式封裝產品,目前已建立完備的功率模組產品的量產體制。


產品背景

近年來,在全球都在尋求解決供電問題的大環境下,如何有效地輸送並使用所發電力的「功率轉換」變得相當重要。SiC功率元件作為可顯著減少此功率轉換時損耗的關鍵元件。ROHM於2010年成功研發實現SiC MOSFET的量產,並在持續推進可進一步降低功率損耗的元件研發。



圖1 : 單溝槽式與雙溝槽式的結構比較
圖1 : 單溝槽式與雙溝槽式的結構比較

京都大學工學研究科電子工學專業木本恒暢教授表示:「Si(矽)材料在發展上已經接近其理論性能極限。對此,ROHM公司率先發力採用可實現高耐壓、低損耗(高效率)的SiC(碳化矽)材料的SiC功率元件,持續推進研發與量產。


此次,率先實現量產採用可最大限度發揮SiC特性的溝槽結構的SiC-MOSFET。該SiC-MOSFET是兼備低損耗特性與高速開關特性的高性能功率電晶體,功率轉換時的效率更高,可『毫無浪費』的用電,其量產將為太陽能發電用功率調節器和工業設備用電源等所有設備進一步實現節能化、小型化、輕量化作貢獻。」


技術特點

採用溝槽結構,實現低導通電阻功率元件

到目前為止,溝槽結構因在SiC-MOSFET中採用可有效降低導通電阻而備受關注,但為了確保元件的長期可靠性,需要設計能夠緩和閘極溝槽部分產生的電場結構。ROHM採用獨創的結構成功解決了該課題,並實現了採用溝槽結構的SiC-MOSFET的量產。與已在量產中的平面型SiC-MOSFET相比,導通電阻可降低約50%,同時還提高了開關性能(輸入電容降低約35%)。



圖2
圖2

圖3
圖3

全SiC功率模組

ROHM又研發出採用此次研發的溝槽結構SiC-MOSFET的「全SiC」功率模組。


該產品內部電路為2in1結構,採用SiC-MOSFET及SiC-SBD,額定電壓1200V,額定電流180A。


與使用平面型SiC-MOSFET的「全SiC」模組相比,其開關損耗也降低了約42%。



圖4
圖4

離散式產品

ROHM將依次展開額定電壓650V、1200V各3款產品的研發。額定電流將繼續研發118A(650V)、95A(1200V)的產品。


注釋

1.MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor的縮寫):金屬-氧化物-半導體場效應電晶體,是FET中最被普遍使用的結構。


作為開關元件使用。


2.溝槽式結構:溝槽(Trench)意為凹槽。是在晶片表面形成凹槽,在其側壁形成MOSFET閘極的結構。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微細化,因此有望實現接近SiC材料原本性能的導通電阻。


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