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第11講:三菱電機工業(yè)SiC芯片技術(shù)

發(fā)布時間:2024-12-12 責任編輯:lina

【導讀】1200V級SiC MOSFET是一種能充分發(fā)揮SiC優(yōu)勢的器件,廣泛應用于工業(yè)、汽車等領(lǐng)域。目前,1200V級SiC MOSFET被多家器件廠商定位為主力產(chǎn)品,本文主要介紹三菱電機1200V級SiC MOSFET的技術(shù)開發(fā)概要。


1200V級SiC MOSFET是一種能充分發(fā)揮SiC優(yōu)勢的器件,廣泛應用于工業(yè)、汽車等領(lǐng)域。目前,1200V級SiC MOSFET被多家器件廠商定位為主力產(chǎn)品,本文主要介紹三菱電機1200V級SiC MOSFET的技術(shù)開發(fā)概要。

截至2024年,三菱電機已量產(chǎn)第二代平面柵SiC MOSFET芯片,并配套于各種模塊實現(xiàn)產(chǎn)品化。圖1顯示了第二代平面柵SiC MOSFET的MOS元胞截面結(jié)構(gòu)及其特點。首先,使用n型離子注入技術(shù)(JFET摻雜)來優(yōu)化MOS元胞JFET區(qū)的結(jié)構(gòu),降低了JFET區(qū)域的電阻。此外,與以往相比,縮小了MOS元胞的尺寸,通過提高MOS溝道密度來降低電阻,并通過使SiC襯底更薄來降低電阻。通過這些改進,如圖2所示,三菱電機的第二代SiC MOSFET與第一代相比,導通電阻降低了30%以上。此外,用于保持第二代SiC MOSFET耐壓的終端結(jié)構(gòu)采用了FLR(Field Limiting Ring),形成適當?shù)谋砻姹Wo膜。


第11講:三菱電機工業(yè)SiC芯片技術(shù)

迄今為止,三菱電機的第二代SiC MOSFET已被廣泛應用于市場上多個系統(tǒng)中,充分證明其故障率低、性能穩(wěn)定。目前,以第二代SiC MOSFET結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),進一步進行改良,繼續(xù)開發(fā)便于使用的SiC MOSFET,推進高性能、高可靠性SiC模塊的產(chǎn)品化。

作為耐壓1200V級SiC MOSFET的下一代產(chǎn)品,三菱電機正在推進第四代溝槽柵SiC MOSFET的開發(fā)。另外,三菱電機第三代SiC MOSFET采用SBD嵌入式MOSFET,將在下一章節(jié)進行介紹。圖3顯示了正在開發(fā)的溝槽柵SiC MOSFET結(jié)構(gòu),采用離子注入技術(shù),形成獨特的MOS元胞結(jié)構(gòu)。其特點是,在高電場容易集中的溝槽底部,進行p型離子注入(BPW:bottom p-well)來降低電場強度,對溝槽側(cè)壁進行p型和n型離子注入,使BPW的電位保持恒定,確保開關(guān)時穩(wěn)定工作,并降低了電流路徑的電阻。因此,三菱電機的溝槽柵SiC MOSFET可實現(xiàn)高可靠性、穩(wěn)定工作和低導通電阻。圖4比較了三菱電機的溝槽柵SiC MOSFET和平面柵SiC MOSFET的導通電阻,可見溝槽柵MOSFET的導通電阻大幅降低。室溫下比導通電阻為2mΩ·cm2左右,達到世界先進水平。從圖4也可看出,高閾值電壓時,溝槽柵SiC MOSFET導通電阻相對平面柵降低的比例更大。這是溝槽柵SiC MOSFET的優(yōu)點,因為MOS溝道形成在與(0001)面垂直的面上,MOS通道的有效遷移率比較大。三菱電機的溝槽柵MOSFET結(jié)構(gòu)上的特點是離子注入濃度和區(qū)域等設(shè)計自由度高,因此可以調(diào)整各種特性。


第11講:三菱電機工業(yè)SiC芯片技術(shù)

第11講:三菱電機工業(yè)SiC芯片技術(shù) 第11講:三菱電機工業(yè)SiC芯片技術(shù)

三菱電機的第四代溝槽柵SiC MOSFET非常適合要求高閾值電壓和低導通電阻的xEV,正計劃開發(fā)用于xEV的SiC模塊作為其首批應用產(chǎn)品。未來,我們將推動溝槽柵SiC MOSFET應用于各種其他用途。

 

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