TOKIO–Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation (“Toshiba”) ha desarrollado un nuevo SiC MOSFET ^{[ 1 ]} estructura del dispositivo que simultáneamente logra una mayor confiabilidad a altas temperaturas y una menor pérdida de energía. En un chip de 3300V a 175 ℃^{[ 2 ]}, un nivel de corriente superior al doble del de la estructura actual de Toshiba, la nueva estructura funciona sin ninguna pérdida de fiabilidad y también reduce la resistencia de encendido específica a temperatura ambiente en aproximadamente un 20% para un chip de 3300V y un 40% para un chip de 1200V. ^{[ 3 ]}

El carburo de silicio (SiC) es ampliamente visto como el material de próxima generación para dispositivos de potencia, ya que ofrece voltajes más altos y pérdidas más bajas que el silicio. Si bien los dispositivos de energía de SiC ahora se utilizan principalmente en inversores para trenes, se vislumbra una aplicación más amplia en el horizonte, incluidos los sistemas de energía fotovoltaica y los sistemas de administración de energía de equipos industriales. Sin embargo, el uso y el crecimiento del mercado de los dispositivos de SiC se ha visto frenado por problemas de fiabilidad. Un problema es la expansión de los defectos del cristal cuando la corriente fluye a través del diodo PN. ^{[ 4 ]} colocado entre la fuente y el drenaje de un MOSFET de potencia, lo que aumenta la resistencia y degrada la confiabilidad del dispositivo.

Toshiba desarrolló una estructura de dispositivo novedosa, un MOSFET con un diodo de barrera Schottky integrado ^{[ 5 ]} (SBD) que avanzó en la solución de este problema. Esto se informó en PCIM Europe 2020, una potencia internacional Semiconductores conferencia ^{[ 6 ]}y se introdujo en los productos en agosto de 2020. Esa estructura evita el funcionamiento del diodo PN al colocar un SBD en paralelo al diodo PN en el MOSFET; el SBD incorporado tiene un estado de encendido más bajo voltaje que el diodo PN, y la corriente fluye a través de él, suprimiendo los cambios en la resistencia de encendido.

Sin embargo, esa estructura solo puede manejar una densidad de corriente limitada a altas temperaturas de 175 ℃ o más. La adopción acelerada de dispositivos de SiC requiere dispositivos de SiC que mantengan una alta capacidad de corriente y una alta confiabilidad a altas temperaturas.

La nueva estructura es una modificación del dispositivo MOSFET integrado en SBD, que se logra aplicando una contracción del proceso del 25% y optimizando el diseño para fortalecer la supresión de corriente del SBD en el diodo PN. Esto ha logrado una estructura de chip de 3300V con más del doble de densidad de corriente a 175 ℃ en comparación con la estructura actual de Toshiba sin pérdida de confiabilidad. La estructura también reduce la resistencia específica en aproximadamente un 20% en un chip de 3300V y aproximadamente un 40% en un chip de 1200V a temperatura ambiente.

Los detalles del logro se informaron en PCIM Europe 2021 y en el Simposio Internacional sobre Energía patrocinado por IEEE. Semiconductores Dispositivos y circuitos integrados 2021 (ISPSD 2021), ambos celebrados en línea.

Toshiba inició el envío de muestra de una fuente de alimentación SiC de clase 3.3 kV módulo con la nueva estructura en mayo de este año.