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ROHM
2020/06/30

ROHM推出業界頂尖第4代低導通電阻SiC MOSFET

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加速車載動力逆變器的普及
<概要>
半導體製造商ROHM(總公司:日本京都市)推出「1200V 第4代SiC MOSFET※1」,相當適合用於動力逆變器等車電動力總成系統和工控裝置電源。

對於功率半導體來說,當導通電阻降低時短路耐受時間※2就會縮短,兩者之間存在著權衡關係,因此在降低SiC MOSFET的導通電阻時,也必須同時考慮如何兼顧短路耐受時間。

此次研發的新產品,透過進一步改善ROHM獨有的雙溝槽結構※3,改變了原本矛盾的權衡關係,因此在不犧牲短路耐受時間的前提下,與舊有產品相比,此次新產品成功地將單位面積的導通電阻降低了約40%。而且,藉由大幅減少切換時會產生損耗的寄生電容※4,能比傳統產品成功降低約50%的切換損耗。

因此,兼具低導通電阻和高速切換性能的第4代 SiC MOSFET,將有助車載逆變器和各種切換電源等多樣應用產品縮小體積,並更進一步降低其功耗。本產品已於2020年6月份開始以裸晶片的形式依次供應樣品,未來也計畫以離散式封裝的形式提供樣品。

<背景>
近年來,隨著新一代電動車(xEV)的加速普及,也連帶開發出具備更高效率,更小且更輕的電動系統,特別是在驅動核心—動力逆變器系統方面,不只要重視小型化及高效率,功率元件也必須跟著進化。

另外,為了延長電動車(EV)的續航距離,電池容量呈現日益增加的趨勢。在此同時,充電時間也需要縮短,而電池也正朝著高電壓的方向發展(800V)。為了解決上述問題,能兼顧高耐壓和低損耗的SiC功率元件就被寄予高度期望。

在這種背景下,ROHM於2010年領先全球開始了SiC MOSFET的量產。ROHM很早就開始加強符合汽車電子產品可靠性標準AEC-Q101的產品系列,並在車載充電器(On Board Charger:OBC)等領域擁有非常高的市佔率。本次推出在導通電阻和短路耐受時間之間取得更佳平衡的第4代 SiC MOSFET,除了現有市場之外,還將加速導入以動力逆變器為主的相關應用。

未來,ROHM將會持續壯大SiC功率元件的產品系列,並結合可充分發揮元件性能的控制IC等周邊零件和模組化技術優勢,繼續為下一代汽車技術的創新貢獻一己之力。另外,ROHM也將會繼續提供客戶多樣化的解決方案,包括縮減開發工時和預防評估問題的線上模擬工具等方式積極協助客戶解決問題。

<特點>
1. 透過改善溝槽結構,開發出業界頂級低導通電阻
ROHM透過獨創結構,2015年領先全球成功量產採用溝槽結構※5的SiC MOSFET,其後也持續致力於更進一步提高元件性能,但在降低低導通電阻方面,如何兼顧與之存在權衡關係的短路耐受時間一直是很大的挑戰。本次透過更進一步改善ROHM獨有的雙溝槽結構,在不犧牲短路耐受時間的前提下,成功使導通電阻比舊有產品降低約40%。

2. 藉由大幅降低寄生電容減少切換損耗
一般來說,MOSFET的各種寄生電容會隨著導通電阻的降低和電流的提高而增加,因此無法充分發揮SiC原有的高速切換特性。本次透過大幅降低閘極-汲極間電容(Cgd),成功使切換損耗比傳統產品降低約50%。
img03<名詞解釋>
※1) MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor的簡稱)
正式名稱為「金屬-氧化物-半導體場效電晶體」,是FET中最常用的結構。常用來當作切換元件。

※2) 短路耐受時間
MOSFET短路(Short)時達到損壞程度所經過的時間。通常在發生短路時,會產生超出設計值的大電流,並因異常發熱引起熱失控,最後導致損毀。所謂提高短路耐受能力則涉及到與導通電阻等性能間的權衡關係。

※3) 雙溝槽結構
是ROHM獨創的溝槽結構。在SiC MOSFET中採用溝槽結構可有效降低導通電阻,但同時必須緩和閘極溝槽部分產生的電場,以確保元件的長期可靠性。ROHM藉由採用可以緩和這種電場集中問題的獨有雙溝槽結構後,成功克服了上述問題,並於2015年領先全球首次量產溝槽結構SiC MOSFET。。

※4) 寄生電容
因電子元件內部物理結構所引發的寄生型静電容量。以MOSFET來說,分為閘極-源極間電容(Cgs)、閘極-汲極間電容(Cgd)和汲極-源極間電容(Cds)。閘極-源極間電容和閘極-汲極間電容是取決於閘極氧化膜的靜電容量,而汲極-源極間電容則是寄生二極體的接面電容。

※5) 溝槽結構
溝槽(Trench)意為凹槽。是一種在晶片表面組成凹槽,並在其側壁組成MOSFET閘極的結構。因為沒有平面型MOSFET結構中的JFET電阻,所以比平面結構更容易進行微細化,有望達到近似於SiC材料原本性能的導通電阻。  (新聞來源:ROHM 官網)
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