ТОКИО–Тошиба Электронный Корпорация Devices & Storage («Toshiba») разработала новый SiC МОП-транзистор ^[1] конструкция устройства, которая одновременно обеспечивает более высокую надежность при высоких температурах и меньшие потери мощности. В микросхеме 3300 В при 175 ℃^[2], уровень тока более чем вдвое выше, чем у нынешней структуры Toshiba, новая структура работает без потери надежности, а также снижает удельное сопротивление в открытом состоянии при комнатной температуре примерно на 20% для микросхемы 3300 В и на 40% для микросхемы 1200 В. ^[3]

Карбид кремния (SiC) широко считается материалом следующего поколения для силовых устройств, поскольку он обеспечивает более высокое напряжение и меньшие потери, чем кремний. В то время как силовые устройства на основе SiC в настоящее время в основном используются в инверторах для поездов, на горизонте их более широкое применение, в том числе в фотоэлектрических энергосистемах и системах управления питанием промышленного оборудования. Однако использование и рост рынка SiC-устройств сдерживается проблемами надежности. Одной из проблем является расширение дефектов кристалла при протекании тока через PN-диод. ^[4] расположен между истоком и стоком силового полевого МОП-транзистора, что увеличивает сопротивление в открытом состоянии и снижает надежность устройства.

Компания Toshiba разработала новую структуру устройства - полевой МОП-транзистор со встроенным диодом с барьером Шоттки. ^[5] (SBD), которые добились прогресса в решении этой проблемы. Об этом сообщили на PCIM Europe 2020, международном форуме. Полупроводниковое конференция ^[6]и введена в производство в августе 2020 года. Эта структура предотвращает работу PN-диода за счет размещения SBD параллельно PN-диоду в MOSFET; встроенный SBD имеет более низкое состояние во включенном состоянии напряжение чем PN-диод, и ток течет через него, подавляя изменения сопротивления в открытом состоянии.

Однако эта структура может выдерживать только ограниченную плотность тока при высоких температурах 175 ℃ или выше. Для ускоренного внедрения устройств на основе SiC требуются устройства на основе SiC, которые поддерживают высокие токи и высокую надежность при высоких температурах.

Новая структура представляет собой модификацию устройства MOSFET со встроенным SBD, что достигается за счет применения 25% -ной усадки процесса и оптимизации конструкции для усиления подавления тока SBD в PN-диоде. Это позволило реализовать структуру микросхемы на 3300 В с более чем удвоенной плотностью тока при 175 ℃ по сравнению с нынешней структурой Toshiba без потери надежности. Эта структура также снижает удельное сопротивление в открытом состоянии примерно на 20% в микросхеме 3300 В и примерно на 40% в микросхеме 1200 В при комнатной температуре.

Подробности о достижении были представлены на выставке PCIM Europe 2021 и на Международном симпозиуме по энергетике, спонсируемом IEEE. Полупроводниковое Выставка «Устройства и микросхемы 2021» (ISPSD 2021), пройдет онлайн.

Toshiba начала поставку образцов SiC-блоков питания класса 3.3 кВ модуль с новой структурой в мае этого года.