ROHM開發(fā)出業(yè)界先進(jìn)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(jī)逆變器在內(nèi)的車載動(dòng)力總成系統(tǒng)和工業(yè)設(shè)備的電源。

對(duì)于功率半導(dǎo)體來說，當(dāng)導(dǎo)通電阻降低時(shí)短路耐受時(shí)間^※2就會(huì)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(shí)，如何兼顧短路耐受時(shí)間一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。

此次開發(fā)的新產(chǎn)品，通過進(jìn)一步改進(jìn)ROHM獨(dú)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(shí)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(jìn)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(jì)劃以分立封裝的形式提供樣品。

近年來，新一代電動(dòng)汽車（xEV）的進(jìn)一步普及，促進(jìn)了更高效、更小型、更輕量的電動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)。特別是在驅(qū)動(dòng)中發(fā)揮核心作用的主機(jī)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(jìn)一步改進(jìn)功率元器件。

另外，在電動(dòng)汽車（EV）領(lǐng)域，為延長(zhǎng)續(xù)航里程，車載電池的容量呈日益增加趨勢(shì)。與此同時(shí)，要求縮短充電時(shí)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(qiáng)符合汽車電子產(chǎn)品可靠性標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)份額。此次，導(dǎo)通電阻和短路耐受時(shí)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(chǎng)之外，還將加速在以主機(jī)逆變器為主的市場(chǎng)中的應(yīng)用。

未來，ROHM將會(huì)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(shì)，繼續(xù)為下一代汽車技術(shù)創(chuàng)新貢獻(xiàn)力量。另外，ROHM還會(huì)繼續(xù)為客戶提供包括削減應(yīng)用開發(fā)工時(shí)和有助于預(yù)防評(píng)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(diǎn)＞

１．   通過改善溝槽結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)業(yè)界極低的導(dǎo)通電阻

ROHM通過采用獨(dú)有結(jié)構(gòu)，于2015年全球首家成功實(shí)現(xiàn)溝槽結(jié)構(gòu)^※5SiC MOSFET的量產(chǎn)。其后，一直致力于進(jìn)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(shí)間一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。

此次，通過進(jìn)一步改善ROHM獨(dú)有的雙溝槽結(jié)構(gòu)，在不犧牲短路耐受時(shí)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(shí)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(shì)，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(chǎng)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(shí)間

MOSFET短路（Short）時(shí)達(dá)到損壞程度所需的時(shí)間。通常，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，會(huì)流過超出設(shè)計(jì)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(dú)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(diǎn)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(chǎng)，以確保元器件的長(zhǎng)期可靠性。

ROHM通過采用可以緩和這種電場(chǎng)集中問題的獨(dú)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(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)微細(xì)化，有望實(shí)現(xiàn)接近SiC材料原本性能的導(dǎo)通電阻。