TOKYO–Toshiba Elettronico Devices & Storage Corporation (“Toshiba”) ha sviluppato un nuovo SiC MOSFET ^, struttura del dispositivo che raggiunge contemporaneamente una maggiore affidabilità alle alte temperature e una minore perdita di potenza. In un chip 3300V a 175℃^,, un livello di corrente superiore al doppio dell'attuale struttura di Toshiba, la nuova struttura funziona senza alcuna perdita di affidabilità e riduce anche la resistenza specifica all'accensione a temperatura ambiente di circa il 20% per un chip da 3300 V e del 40% per un chip da 1200 V. ^,

Il carburo di silicio (SiC) è ampiamente considerato come il materiale di nuova generazione per i dispositivi di potenza, poiché fornisce tensioni più elevate e perdite inferiori rispetto al silicio. Mentre i dispositivi di potenza SiC sono ora utilizzati principalmente negli inverter per i treni, è all'orizzonte un'applicazione più ampia, compresi i sistemi di alimentazione fotovoltaici e i sistemi di gestione dell'alimentazione delle apparecchiature industriali. Tuttavia, l'uso e la crescita del mercato dei dispositivi SiC sono stati frenati da problemi di affidabilità. Un problema è l'espansione dei difetti del cristallo quando la corrente scorre attraverso il diodo PN ^, posizionato tra la sorgente e il drenaggio di un MOSFET di potenza, che aumenta la resistenza all'accensione e riduce l'affidabilità del dispositivo.

Toshiba ha sviluppato una nuova struttura del dispositivo, un MOSFET con un diodo a barriera Schottky incorporato ^, (SBD) che ha compiuto progressi nella risoluzione di questo problema. Questo è stato segnalato al PCIM Europe 2020, una potenza internazionale Semiconduttore conferenza ^,, e introdotto nei prodotti nell'agosto 2020. Tale struttura impedisce il funzionamento del diodo PN posizionando un SBD in parallelo al diodo PN nel MOSFET; l'SBD incorporato ha uno stato di attivazione inferiore voltaggio rispetto al diodo PN e la corrente scorre attraverso di esso, sopprimendo i cambiamenti nella resistenza all'accensione.

Tuttavia, tale struttura può gestire solo una densità di corrente limitata ad alte temperature di 175 o più. L'adozione accelerata di dispositivi SiC richiede dispositivi SiC che mantengano un'elevata capacità di corrente e un'elevata affidabilità alle alte temperature.

La nuova struttura è una modifica del dispositivo MOSFET integrato nell'SBD, ottenuta applicando una riduzione del processo del 25% e ottimizzando il design per rafforzare la soppressione della corrente da parte dell'SBD nel diodo PN. Ciò ha realizzato una struttura del chip da 3300 V con più del doppio della densità di corrente a 175 rispetto all'attuale struttura di Toshiba senza perdita di affidabilità. La struttura riduce anche la resistenza specifica all'accensione di circa il 20% in un chip da 3300V e di circa il 40% in un chip da 1200V a temperatura ambiente.

I dettagli del risultato sono stati riportati al PCIM Europe 2021 e al Simposio internazionale sull'energia sponsorizzato dall'IEEE Semiconduttore Devices and ICs 2021 (ISPSD 2021), entrambi tenuti online.

Toshiba ha avviato la spedizione di campioni di un alimentatore SiC di classe 3.3 kV modulo con la nuova struttura nel maggio di quest'anno.