功率器件是降低車輛以及工業設備和he其qi它ta電dian氣qi設she備bei能neng耗hao的de重zhong要yao元yuan器qi件jian，而er碳tan化hua矽gui相xiang較jiao於yu有you機ji矽gui可ke進jin一yi步bu提ti高gao電dian壓ya並bing降jiang低di損sun耗hao，因yin此ci業ye界jie普pu遍bian預yu期qi碳tan化hua矽gui將jiang成cheng為wei新xin一yi代dai的de功gong率lv器qi件jian材cai料liao。雖sui然ran碳tan化hua矽gui材cai質zhi的de功gong率lv器qi件jian目mu前qian主zhu要yao用yong於yu列lie車che逆ni變bian器qi
，但dan其qi今jin後hou的de應ying用yong領ling域yu非fei常chang廣guang泛fan，包bao括kuo用yong於yu工gong業ye設she備bei的de各ge種zhong光guang伏fu發fa電dian係xi統tong（PPS）和電源管理係統（PMS）。

 

目前可靠性問題是碳化矽器件利用和市場增長的攔路虎，問題之一涉及位於功率MOSFET的電源與列車之間的PN結二極管^[4]。PN結二極管的外施電壓使其帶電，造成導通電阻變化
，進而有損於器件的可靠性。東芝新推出的肖特基勢壘二極管（SBD）內嵌式MOSFET器件結構正是此問題的克星。

 

該新結構中有一個與電池單元內的PN結二極管平行設置的肖特基勢壘二極管
，可防止PN結二極管帶電。相較於PN結二極管，內嵌肖特基勢壘二極管的通態電壓更低，因此電流會通過內嵌肖特基勢壘二極管
，進而抑製導通電阻變化和MOSFET可靠性下降等問題。

 

內嵌肖特基勢壘二極管的MOSFET現已投入實際應用，但僅限於3.3kV器件等高壓產品；內嵌肖特基勢壘二極管通常會使導通電阻升高至僅高壓產品能承受的一個電壓水平。東芝在調整各個器件參數後發現MOSFET中肖特基勢壘二極管的麵積比是抑製導通電阻增大的關鍵因素。東芝通過優化肖特基勢壘二極管的這一比例，實現了1.2kV級高可靠型碳化矽（SiC）MOSFET。

 

東芝計劃自今年八月下旬起利用這項新技術開始量產1.2kV級碳化矽（SiC）MOSFET。

 

2020年7月德國紐倫堡國際電力電子係統及元器件展覽會（PCIM Europe）上報道了該新器件結構的詳情，這是一次在線舉辦的國際性功率半導體展會。

 

注

 

[1] MOSFET：金屬氧化物半導體場效應晶體管

[2] 肖特基勢壘二極管（SBD）：通過半導體與金屬接合形成的一種半導體二極管

[3] 東芝規定當以250A/cm2的電流密度通過電源向某器件的漏極通電1,000小時後才出現導通電阻變化
，即視為該器件可靠。東芝的典型MOSFET的導通電阻變化率高達43%，而肖特基勢壘二極管（SBD）內嵌式MOSFET的這一變化率僅為3%。

[4] PN結二極管：通過在電源與漏極之間設置PN結形成的一種二極管

 

肖特基勢壘二極管（SBD）內嵌式MOSFET的結構

 

肖特基勢壘二極管（SBD）內嵌式MOSFET可抑製導通電阻變化

 

 

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