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东芝推出可提高SiC MOSFET可靠性元件结构

  • 吴冠仪/台北

东芝电子元件及储存装置株式会社(东芝)推出可提高SiC(碳化硅)MOSFET可靠性的元件结构。相较于东芝的典型元件结构,MOSFET内嵌的SBD(肖特基势垒二极管)可在抑制导通电阻增大的同时,将元件结构的可靠性提高10倍以上。

功率元件是降低车辆以及工业设备和其它电气设备能耗的重要元件,而SiC相较于有机矽可进一步提高电压并降低损耗,因此业界普遍预期SiC将成为新一代的功率元件材料。虽然SiC目前主要用于车辆变频器,预计往后的应用领域会涉及于工业设备的各种光伏发电系统(PPS)与电源管理系统(PMS)。

可靠性问题是目前SiC元件最大课题,其涉及位于功率MOSFET的电源与列车之间的PN结二极管。PN结二极管的外施电压使其带电,造成导通电阻变化,进而有损元件的可靠性。东芝新推出的SBD内嵌式MOSFET元件结构正是此问题的克星。

新结构中有一个与电池单元内的PN结二极管平行设置的SBD,可防止PN结二极管带电。相较于PN结二极管,内嵌SBD的通态电压更低,因此电流会通过内嵌SBD,进而抑制导通电阻变化和MOSFET可靠性下降等问题。

内嵌SBD的MOSFET现已投入实际应用,但仅限于3.3kV元件等高压产品;其通常会使导通电阻升高至仅高压产品能承受的一个电压水平。东芝在调整各个元件参数后发现MOSFET中SBD的面积比是抑制导通电阻增大的关键因素。东芝不断优化SBD比例,实现了1.2kV高可靠型SiC MOSFET。