Negli ultimi anni, la proliferazione dei veicoli elettrici di nuova generazione (xEV) ha accelerato lo sviluppo di sistemi elettrici più piccoli, leggeri ed efficienti. In particolare, il miglioramento dell'efficienza e la riduzione delle dimensioni dell'inverter principale, che svolge un ruolo centrale nel sistema di trazione, rimangono una delle sfide più significative e richiedono ulteriori progressi nei dispositivi di potenza.
La capacità delle batterie di bordo sta aumentando per migliorare l'autonomia dei veicoli elettrici. Parallelamente, si sta diffondendo l'utilizzo di batterie ad alta tensione (800 V) per soddisfare la crescente esigenza di tempi di ricarica più brevi.
Per affrontare sfide così diverse, i progettisti necessitano urgentemente di dispositivi di potenza in SiC in grado di erogare tensioni elevate e non disruptive con basse perdite. ROHM, azienda pioniera nel settore del SiC, ha avviato la produzione di massa di MOSFET in SiC nel 2010, posizionandosi all'avanguardia del settore. Fin dall'inizio, ROHM ha rafforzato la sua ampia gamma di prodotti includendo prodotti qualificati AEC-Q101, consentendo all'azienda di raggiungere una quota di mercato significativa nel settore dei caricabatterie di bordo per autoveicoli (OBC).
Nel caso dei semiconduttori di potenza, spesso si presenta un compromesso tra una minore resistenza di conduzione e un tempo di tenuta al cortocircuito, necessario per raggiungere un equilibrio e, di conseguenza, una minore resistenza di conduzione nei MOSFET SiC. ROHM è riuscita a migliorare questo compromesso, riducendo la resistenza di conduzione per unità di area del 40% rispetto ai prodotti convenzionali, senza sacrificare il tempo di tenuta al cortocircuito, grazie a un ulteriore perfezionamento di un'originale struttura a doppia trincea. Inoltre, la significativa riduzione della capacità parassita (un problema che si presenta durante la commutazione) consente una perdita di commutazione inferiore del 50% rispetto alla nostra precedente generazione di MOSFET SiC.
Di conseguenza, i nuovi MOSFET SiC di quarta generazione di ROHM sono in grado di offrire una bassa resistenza di conduzione con prestazioni di commutazione ad alta velocità, contribuendo a un'ulteriore miniaturizzazione e a un minore consumo energetico in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui inverter per autoveicoli e alimentatori switching. Campioni di chip non incapsulati sono disponibili da giugno 2020, mentre i package specifici saranno offerti a breve.
Come passo successivo, ROHM si impegna ad ampliare ulteriormente la propria gamma di dispositivi di potenza in SiC, combinando tecnologie di modularizzazione con dispositivi periferici come circuiti di controllo integrati, progettati per massimizzare le prestazioni e contribuire all'innovazione tecnologica nei veicoli di prossima generazione. Allo stesso tempo, ROHM fornirà soluzioni per affrontare le sfide dei clienti, inclusi strumenti di simulazione basati sul web che riducono i tempi di sviluppo delle applicazioni e aiutano a evitare problemi di valutazione.
Caratteristiche principali
1) La struttura a trincea migliorata offre la più bassa resistenza di conduzione del settore.
Nel 2015, ROHM ha avviato la produzione di massa dei primi MOSFET SiC a trincea del settore, utilizzando una struttura originale. ROHM è ora riuscita a ridurre la resistenza di conduzione del 40% rispetto ai prodotti convenzionali senza sacrificare il tempo di tenuta al cortocircuito e ha ulteriormente migliorato la sua struttura originale a doppia trincea.
(Fig. 1)
2) Minori perdite di commutazione grazie alla significativa riduzione della capacità parassita.
In genere, una minore resistenza di conduzione e correnti più elevate tendono ad aumentare le varie capacità parassite nei MOSFET, che possono inibire le caratteristiche di commutazione ad alta velocità intrinseche del SiC.
Tuttavia, ROHM è riuscito a ottenere perdite di commutazione inferiori del 50% rispetto ai prodotti convenzionali riducendo significativamente la capacità gate-drain (Cgd).
(Fig. 2)
Sintesi terminologica: i transistor a effetto di campo metallo-ossido-semiconduttore (MOSFET) sono la struttura più comunemente utilizzata nei FET. Vengono spesso impiegati come elementi di commutazione.
Il tempo di resistenza al cortocircuito indica il tempo necessario affinché un MOSFET si guasti a causa di un cortocircuito. In genere, quando si verifica un cortocircuito, scorre una corrente elevata, che supera la capacità massima. Ciò può portare a una generazione di calore anomala, a un'instabilità termica e, in ultima analisi, alla distruzione del componente. Un tempo di resistenza al cortocircuito più lungo è compensato da prestazioni migliori, come la resistenza di conduzione.
Struttura a doppia trincea (Trench):
Questa è la struttura a trincea originale di ROHM. Sebbene l'adozione di una struttura a trincea per i MOSFET SiC si sia dimostrata efficace nel ridurre la resistenza di pilotaggio, era necessario attenuare il campo elettrico generato nella sezione del gate a trincea per garantire l'affidabilità a lungo termine del dispositivo. In risposta a ciò, ROHM ha adottato un'esclusiva struttura a doppia trincea che minimizza la concentrazione del campo elettrico, consentendole di diventare il primo fornitore a produrre in serie MOSFET SiC di tipo trincea nel 2015.
La capacità parassita è la capacità intrinseca che si manifesta a causa della struttura fisica all'interno dei componenti elettronici. Nel caso di un MOSFET, esistono una capacità gate-source (Cgs), una capacità gate-drain (Cgd) e una capacità drain-source (Cds). Cgs e Cgd sono determinate dalla capacità del film di ossido di gate, mentre Cds è la capacità di giunzione parassita del diodo.
Struttura a trincea:
il termine "trincea" si riferisce a uno scavo o una scanalatura stretta. Questo design prevede la formazione di una scanalatura sulla superficie del chip e del gate sulla parete laterale del MOSFET. A differenza di un MOSFET planare, le resistenze JFET sono assenti, consentendo una struttura più sottile rispetto alle topologie planari e risultando in una resistenza di conduzione vicina alle prestazioni del materiale SiC originale.
