מבנה המכשירים החדש של טושיבה משפר את ה- SiC MOSFET אמינות בטמפרטורה גבוהה ומפחיתה אובדן חשמל
טוקיו–טושיבה אֶלֶקטרוֹנִי Devices & Storage Corporation ("Toshiba") פיתחה SiC חדש MOSFET [1] מבנה מכשיר שמשיג בו זמנית אמינות גבוהה יותר בטמפרטורות גבוהות ואובדן כוח נמוך יותר. בשבב 3300 וולט ב 175 ℃[2], רמת זרם יותר מכפול מזו של המבנה הנוכחי של טושיבה, המבנה החדש פועל ללא כל אובדן אמינות, והוא גם מפחית את ההתנגדות הספציפית בטמפרטורת החדר בכ -20% עבור שבב 3300 וולט ו -40% עבור שבב 1200 וולט. [3]
קרביד סיליקון (SiC) נתפס באופן נרחב כחומר הדור הבא למכשירי חשמל, מכיוון שהוא מספק מתח גבוה יותר והפסדים נמוכים יותר מסיליקון. בעוד שמכשירי כוח SiC משתמשים כיום בעיקר בממירים לרכבות, היישום הרחב יותר נמצא באופק, כולל במערכות חשמל פוטו-וולטאיות ובמערכות ניהול הכוח של ציוד תעשייתי. עם זאת, השימוש וצמיחת השוק במכשירי SiC הונעו על ידי בעיות אמינות. בעיה אחת היא התרחבות פגמי קריסטל כאשר הזרם זורם דרך דיודת ה- PN [4] ממוקם בין המקור והנקז של כוח MOSFET, מה שמגביר את ההתנגדות ומגביל את אמינות המכשיר.
טושיבה פיתחה מבנה מכשיר חדשני, MOSFET עם דיודת מחסום שוטקי [5] (SBD) אשר התקדמה בפתרון בעיה זו. כך דווח ב- PCIM Europe 2020, מעצמה בינלאומית סמיקונדקטור כנס [6], והוצג למוצרים באוגוסט 2020. מבנה זה מונע פעולת דיודות PN על ידי מיקום SBD במקביל לדיודת PN ב- MOSFET; ל- SBD המוטבע יש מצב במצב נמוך יותר מתח מאשר דיודת ה- PN, והזרם זורם דרכה, ומדכא שינויים בהתנגדות.
עם זאת, מבנה זה יכול להתמודד עם צפיפות זרם מוגבלת בלבד בטמפרטורות גבוהות של 175 ℃ ומעלה. אימוץ מואץ של מכשירי SiC מחייב מכשירי SiC השומרים על יכולת זרם גבוהה ואמינות גבוהה בטמפרטורות גבוהות.
המבנה החדש הוא שינוי של מכשיר ה- MOSFET המוטבע ב- SBD, שהושג על ידי יישום כיווץ תהליך של 25% ואופטימיזציה של העיצוב לחיזוק דיכוי ה- SBD של הזרם בדיודת ה- PN. זה הבין מבנה שבב של 3300 וולט עם צפיפות זרם כפולה יותר מ 175 ℃ בהשוואה למבנה הנוכחי של טושיבה ללא אובדן אמינות. המבנה מפחית גם את ההתנגדות הספציפית בכ 20% בשבב 3300 וולט וכ 40% בשבב 1200 וולט בטמפרטורת החדר.
פרטים על ההישג דווחו ב-PCIM Europe 2021, ובסימפוזיון הבינלאומי על כוח בחסות IEEE סמיקונדקטור מכשירים ו-ICs 2021 (ISPSD 2021), שניהם מוחזקים באופן מקוון.
טושיבה החלה למשלוח של הספק SiC בדרגה 3.3kV מודול עם המבנה החדש במאי השנה.
מבנה ה- MOSFET החדש המשולב ב- SBD של טושיבה
שיפור אמינות ב-175℃ [2]
הערות
[1] MOSFET: אפקט שדה מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה טרנזיסטור
[2] במדידת מתח מקור הניקוז ב- 175 ℃, פעולת דיודת PN של ה- MOSFET המוטבע ב- SBD הנוכחי של טושיבה מתרחשת בצפיפות זרם של 110 A / cm2. פעולת דיודות PN של MOSFET החדש של טושיבה אינה מתרחשת אפילו בצפיפות זרם של 250A / cm2. נכון ליוני 2021, תוצאות הבדיקה של טושיבה.
[3] החל מיוני 2021 עבור שני השבבים, תוצאות הבדיקה של טושיבה.
[4] דיודת PN: דיודה שנוצרה על ידי צומת ה- pn בין המקור לניקוז.
[5] דיודת מחסום שוטקי: דיודת מוליכים למחצה שנוצרה על ידי צומת מוליכים למחצה עם מתכת.
[6] פרטי ה טֶכנוֹלוֹגִיָה דווח בהודעה לעיתונות ב-30 ביולי 2020, "מבנה המכשיר החדש של טושיבה משפר את אמינות ה- SiC MOSFET"