SiCMOSFET新结构：可靠性提升10倍，电流增加100%
SiC MOSFET新结构：可靠性提升10倍，电流增加100%
2020年东芝电子开发了新的SiC MOSFET结构，将可靠性提升了10倍。昨天，东芝官网宣布，他们对该结构进行改良，开发了3.3kV的SiC MOSFET。
据介绍，在不牺牲可靠性的同时，又将电流增加了1倍，将导通电阻降低了20%。该器件的样品已于今年5月发货。
SiC MOSFET新结构
可靠性提升10倍
2020年7月，东芝宣布推出一种新的器件结构，将SiC MOSFET可靠性提高10倍以上。
碳化硅可广泛应用太阳能光伏和工业电源等领域，但目前有2个“拦路虎”——除了需要降低成本外，还需提高碳化硅器件的可靠性。
据东芝解释，当源漏之间的PN二极管通电时，会使SiC MOSFET带电，造成导通电阻产生变动，进而有损于器件的可靠性。
为此，东芝开发了一种SBD嵌入式MOSFET结构，可在抑制导通电阻增大的同时，提升器件可靠性。2020年8月，东芝利用这项新技术量产了1.2kV的SiC MOSFET。
图1：SBD嵌入式SiC MOSFET截面结构
据介绍，该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结构的通态电压更低，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。
图2：传统SiC MOSFET与新开发结构之间导通电阻波动的比较
从1.2kV到3.3kV
可靠性不变，电流提升1倍
尽管上述器件结构可以提升可靠性，但是也存在一个问题：在175°C或更高的高温环境中，SiC MOSFET可传导的电流量受到限制。
根据东芝6月23日消息，他们对该器件结构进行修改，开发了一款3.3kV的SiC MOSFET，结果是——电流水平是东芝现有结构的2倍以上，而且不会降低可靠性，其导通电阻也下降了20%。
图3：改良器件结构图
据介绍，东芝通过2个改进措施来解决反向传导电流量限制：一是将单元尺寸缩少了25%，二是优化了电流扩散层结构。
通常，当特性导通电阻降低时，与可靠性直接相关的指标——短路耐受性也会跟着降低，但是由于该器件结构经过改进，短路耐受性反而增加了25%（以1.2kV SiC MOSFET为例），而且也提高了可靠性。
根据测试结果，在175℃时，这种3.3kV SiC MOSFET的电流密度是东芝现有结构的2倍以上，而且可靠性不会损失。
在室温下，该结构还可将3.3kV SiC MOSFET的特定导通电阻降低了约20%，将1.2kV SiC MOSFET的特定导通电阻降低了约40%。
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