領先全球、ROHM開始量產溝槽構造SiC-MOSFET
大幅降低導通電阻,協助工業設備等大功率設備的小型化與低功耗化

2015年8月7日

※截至2015年4月23日ROHM調查資料

 

一般的溝槽式結構與雙溝槽式結構的比較圖

全球知名半導體製造商ROHM近日領先全球※研發出採用溝槽結構的SiC-MOSFET,並已建立起了完備的量產體制。與量產中的平面型SiC-MOSFET相比,同一晶片尺寸的導通電阻可降低50%,這將大幅降低太陽能發電用功率調節器和工業設備用電源、工業用變流器等所有相關設備的功率損耗。
另外,此次研發的SiC-MOSFET計畫將推出功率模組及離散式封裝產品,目前已建立起了完備的功率模組產品的量產體制。前段製程的工廠為ROHM Apollo Co., Ltd.(日本福岡縣),後段製程的工廠為ROHM總部工廠(日本京都市)。今後計畫還將逐步擴充產品陣容。

<背景>

近年來,在全球都在尋求解決供電問題的大環境下,如何有效地輸送並使用所發電力的"功率轉換"變的相當重要。SiC功率元件作為可顯著減少此功率轉換時損耗的關鍵元件而備受矚目。ROHM一直在進行領先行業的相關產品研發,於2010年成功實現SiC MOSFET的量產,並在持續推進可進一步降低功率損耗的元件研發。

京都大學 工學研究科 電子工學系  木本恒暢教授表示:
"Si(矽)材料在發展上已經接近其理論性能極限。對此,ROHM公司率先發力採用可實現高耐壓、低損耗(高效率)的SiC(碳化矽:Silicon carbide)材料的SiC功率元件,持續推進領先全球的研發與量產。
此次,全球率先實現量產採用可最大限度發揮SiC特性的溝槽結構的SiC-MOSFET,其成功意義非常巨大,是劃時代的里程碑。該SiC-MOSFET是兼備極其優異的低損耗特性與高速開關特性的最高性能的功率電晶體,功率轉換時的效率更高,可"毫無浪費"的用電,其量產將為太陽能發電用功率調節器和工業設備用電源等所有設備進一步實現節能化、小型化、輕量化做出貢獻。"

<特點>

1. 採用溝槽結構,實現低導通電阻功率元件

SiC-MOSFET 平面構造與溝槽構造的性能比較

到目前為止,溝槽結構因在SiC-MOSFET中採用可有效降低導通電阻而備受關注,但為了確保元件的長期可靠性,需要設計能夠緩和閘極溝槽部分產生的電場結構。
此次,ROHM通過採用獨創的結構,成功地解決了該課題,並世界首家實現了採用溝槽結構的SiC-MOSFET的量產。與已經在量產中的平面型SiC-MOSFET相比,導通電阻可降低約50%,同時還提高了開關性能(輸入電容降低約35%)。

2. "全SiC"功率模組

開關損耗比較圖(IGBT Module vs Planar MOSFET vs Trench MOSFET)

ROHM又研發出採用此次研發的溝槽結構SiC-MOSFET的"全SiC"功率模組。
該產品內部電路為2in1結構,採用SiC-MOSFET及SiC-SBD,額定電壓1200V,額定電流180A。
與同等水準額定電流的Si-IGBT模組產品相比,其顯著優勢當然不必言說,即使與使用平面型SiC-MOSFET的"全SiC"模組相比,其開關損耗也降低了約42%。

<產品陣容>

・"全SiC"功率模組

使用SiC-SBD、SiC-MOSFET的全碳化矽模組

・離散式產品

ROHM將依次展開額定電壓650V、1200V各3款產品的研發。額定電流將繼續研發118A(650V)、95A(1200V)的產品。

<名詞解說>

  • MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor的縮寫)
    金屬-氧化物-半導體場效應電晶體,是FET中最被普遍使用的結構。
    作為開關元件使用。
  • 溝槽式結構
    溝槽(Trench)意為凹槽。是在晶片表面形成凹槽,在其側壁形成MOSFET閘極的結構。不存在平面型MOSFET在結構上存在的JFET電阻,比平面結構更容易實現微細化,因此有望實現接近SiC材料原本性能的導通電阻。

<相關資訊>

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