東芝推出具有低導(dǎo)通電阻和高可靠性的適用于車載牽引逆變器的最新款1200 V SiC MOSFET

東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社（“東芝”）今日宣布，最新開發(fā)出一款用于車載牽引逆變器[1]的裸片[2]1200 V碳化硅（SiC）MOSFET“X5M007E120”，其創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻和高可靠性。X5M007E120現(xiàn)已開始提供測(cè)試樣品，供客戶評(píng)估。

當(dāng)?shù)湫蚐iC MOSFET的體二極管在反向傳導(dǎo)操作[3]期間雙極通電[4]時(shí)，其可靠性會(huì)因?qū)娮柙黾佣档?。東芝SiC MOSFET通過在MOSFET中嵌入SBD（肖特基勢(shì)壘二極管）以弱化體二極管工作的器件結(jié)構(gòu)來緩解上述問題，但如若將SBD布置在芯片上，會(huì)減少為通道提供的板面積，板面積不僅可決定MOSFET導(dǎo)通工作的電阻，而且還可增加芯片的導(dǎo)通電阻。

X5M007E120中嵌入的SBD采用格紋形態(tài)排列，沒有采用常用的條形形態(tài)，這種排列可高效抑制器件體二極管的雙極通電，而且即便占用相同的SBD掛載面積，也能將單極工作的上限提升到大約兩倍的當(dāng)前面積。此外，也可針對(duì)條形陣列提高通道密度，而且單位面積的導(dǎo)通電阻很低，大約降低了20 %至30 %[5]。這一提高的性能、低導(dǎo)通電阻以及針對(duì)反向?qū)üぷ鞅３值目煽啃?，可?jié)省用于電機(jī)控制的逆變器的電能，例如牽引逆變器。

降低SiC MOSFET的導(dǎo)通電阻，會(huì)導(dǎo)致短路[6]時(shí)流過MOSFET的電流過大，進(jìn)而降低短路耐久性。此外，增強(qiáng)嵌入式SBD的傳導(dǎo)，提高反向傳導(dǎo)工作的可靠性，也會(huì)增大短路時(shí)的漏電流，從而可再次降低短路耐久性。最新裸片具有深勢(shì)壘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[7]，可在短路狀態(tài)下抑制MOSFET的過大電流和SBD的漏電流，這可在提高其耐久性的同時(shí)，保持針對(duì)反向傳導(dǎo)工作的極高可靠性。

用戶可根據(jù)其特定的設(shè)計(jì)需求定制裸片，實(shí)現(xiàn)面向其應(yīng)用的解決方案。

東芝預(yù)計(jì)將在2025年提供X5M007E120的工程樣品，并在2026年投入量產(chǎn)，同時(shí)，其將進(jìn)一步探索器件特征的改進(jìn)。

東芝將為客戶提供易用性和性能都更高的電源半導(dǎo)體產(chǎn)品，充分滿足電機(jī)控制逆變器和電動(dòng)汽車電力控制系統(tǒng)等能效都至關(guān)重要的領(lǐng)域的應(yīng)用需求，從而為實(shí)現(xiàn)脫碳社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

圖1：外觀（俯視圖）與內(nèi)部電路

圖2：現(xiàn)有條形形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET與格紋形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET的原理圖

圖3：條形形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET與格紋形態(tài)嵌入式SBD的MOSFET的單極傳導(dǎo)及導(dǎo)通電阻臨界電流密度測(cè)量值（東芝調(diào)查）

圖4：典型SiC MOSFET與東芝SiC MOSFET（將SBD嵌入MOSFET芯片的MOSFET）的比較

圖5：格紋形態(tài)嵌入式SBD的現(xiàn)有MOSFET與深勢(shì)壘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)MOSFET的原理圖

圖6：條形形態(tài)嵌入式SBD和深勢(shì)壘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)MOSFET的短路耐受時(shí)間和導(dǎo)通電阻的測(cè)量值（東芝調(diào)查）

• 應(yīng)用：

車載牽引逆變器

• 特性：

低導(dǎo)通電阻與高可靠性

車載裸片

通過AEC-Q100認(rèn)證

漏極—源極電壓額定值：VDSS＝1200 V

漏極電流（DC）額定值：ID＝（229）A[8]

低導(dǎo)通電阻：

RDS(ON)＝7.2 mΩ（典型值）（VGS＝＋18 V、Ta＝25 °C）

RDS(ON)＝12.1 mΩ（典型值）（VGS＝＋18 V、Ta＝175 °C）

• 主要規(guī)格：

（除非另有說明，Ta＝25 °C）

注：

[1] 可將電池供電的DC電源轉(zhuǎn)換為AC電源并可控制電動(dòng)汽車（EV）或混合動(dòng)力電動(dòng)車（HEV）電機(jī)的設(shè)備。

[2] 未封裝芯片產(chǎn)品。

[3] 電路中電流回流導(dǎo)致的電流從源極流向漏極的工作。

[4] 當(dāng)正向電壓施加到漏極和源極之間的pn二極管時(shí)的雙極性工作。

[5] 相比使用條形形態(tài)的產(chǎn)品。

[6] 與在正常開關(guān)工作期間的短時(shí)間傳導(dǎo)相比，在控制電路故障等異常模式下出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間傳導(dǎo)的現(xiàn)象，要求具有在一定短路工作持續(xù)時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)故障的強(qiáng)度。

[7] 為控制因高壓而產(chǎn)生的高電場(chǎng)提供的器件結(jié)構(gòu)元件，其會(huì)對(duì)器件性能產(chǎn)生重大影響。

[8] 暫定值。