ROHM開發(fā)出業(yè)界先進的第4代低導(dǎo)通電阻SiC MOSFET

全球知名半導(dǎo)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(nèi)的車載動力總成系統(tǒng)和工業(yè)設(shè)備的電源。

對于功率半導(dǎo)體來說，當導(dǎo)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(quán)衡關(guān)系，因此在降低SiC MOSFET的導(dǎo)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(jié)構(gòu)※3，改善了二者之間的矛盾權(quán)衡關(guān)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(dǎo)通電阻降低了約40%。

而且，通過大幅減少寄生電容※4(開關(guān)過程中的課題)，與以往產(chǎn)品相比，成功地將開關(guān)損耗降低了約50%。

因此，采用低導(dǎo)通電阻和高速開關(guān)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(guān)電源等眾多應(yīng)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(qū)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(lǐng)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?qū)崿F(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(lǐng)域擁有很高的市場份額。此次，導(dǎo)通電阻和短路耐受時間之間取得更好權(quán)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(yīng)用。

未來，ROHM將會不斷壯大SiC功率元器件的產(chǎn)品陣容，并結(jié)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(shù)優(yōu)勢，繼續(xù)為下一代汽車技術(shù)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(yīng)用開發(fā)工時和有助于預(yù)防評估問題的在線仿真工具在內(nèi)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(jié)構(gòu)，實現(xiàn)業(yè)界極低的導(dǎo)通電阻

ROHM通過采用獨有結(jié)構(gòu)，于2015年全球首家成功實現(xiàn)溝槽結(jié)構(gòu)※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(dǎo)通電阻方面，如何兼顧存在矛盾權(quán)衡關(guān)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(jié)構(gòu)，在不犧牲短路耐受時間的前提下，成功地使導(dǎo)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(guān)損耗

通常，MOSFET的各種寄生電容具有隨著導(dǎo)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(guān)特性的課題。

此次，通過大幅降低柵漏電容(Cgd)，成功地使開關(guān)損耗比以往產(chǎn)品降低約50%。

<術(shù)語解說>

※1) MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor的縮寫)

金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，是FET中最常用的結(jié)構(gòu)。用作開關(guān)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(shè)計值的大電流，并因異常發(fā)熱引起熱失控，最后導(dǎo)致?lián)p壞。提高短路耐受能力涉及到與包括導(dǎo)通電阻在內(nèi)的性能之間的權(quán)衡。

※3)　雙溝槽結(jié)構(gòu)

ROHM獨有的溝槽結(jié)構(gòu)。在SiC MOSFET中采用溝槽結(jié)構(gòu)可有效降低導(dǎo)通電阻，這一點早已引起關(guān)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(jié)構(gòu)，成功攻克了該課題，并于2015年全球首家實現(xiàn)了溝槽結(jié)構(gòu)SiC MOSFET的量產(chǎn)。

※4)　寄生電容

電子元器件內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)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(jié)電容。

※5)　溝槽結(jié)構(gòu)

溝槽(Trench)意為凹槽。是在芯片表面形成凹槽，并在其側(cè)壁形成MOSFET柵極的結(jié)構(gòu)。不存在平面型MOSFET在結(jié)構(gòu)上存在的JFET電阻，比平面結(jié)構(gòu)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(dǎo)通電阻。