【導(dǎo)讀】1200V級SiC MOSFET是一種能充分發(fā)揮SiC優(yōu)勢的器件，廣泛應(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(dāng)?shù)谋砻姹Ｗo膜。
迄今為止，三菱電機的第二代SiC MOSFET已被廣泛應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)通電阻，可見溝槽柵MOSFET的導(dǎo)通電阻大幅降低。室溫下比導(dǎo)通電阻為2mΩ·cm2左右，達(dá)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(dǎo)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。
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(dǎo)通電阻的xEV，正計劃開發(fā)用于xEV的SiC模塊作為其首批應(yīng)用產(chǎn)品。未來，我們將推動溝槽柵SiC MOSFET應(yīng)用于各種其他用途。
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