近年来,新一代电动汽车(xEV)的普及加速了小型化、轻量化和高效化电气系统的发展。特别是,如何提高驱动系统中核心部件——主逆变器的效率并缩小其尺寸,仍然是面临的最严峻挑战之一,需要电力器件技术的进一步进步。.
为了提升电动汽车的续航里程,车载电池的容量正在不断增加。与此同时,为了满足人们对更短充电时间的需求,高压(800伏)电池的应用也在不断推进。.
为了应对这些多样化的挑战,设计人员迫切需要能够提供高、无干扰电压且损耗低的碳化硅(SiC)功率器件。作为碳化硅领域的先驱,ROHM 于 2010 年开始量产碳化硅 MOSFET,使其处于行业领先地位。ROHM 自成立之初便不断丰富其产品线,推出符合 AEC-Q101 标准的产品,从而在车载充电器(OBC)领域占据了显著的市场份额。.
对于功率半导体而言,低导通电阻和短路耐受时间之间通常存在权衡,而这对于在碳化硅 (SiC) MOSFET 中实现平衡并降低导通电阻至关重要。ROHM 通过进一步改进其原有的双沟槽结构,成功地改善了这种权衡,在不牺牲短路耐受时间的前提下,与传统产品相比,单位面积导通电阻降低了 40%。此外,寄生电容(开关过程中产生的电容)的显著降低,使得开关损耗比上一代 SiC MOSFET 降低了 50%。.
因此,ROHM 的第四代 SiC MOSFET 能够实现低导通电阻和高速开关性能,从而有助于在包括汽车逆变器和开关电源在内的各种应用中进一步缩小器件尺寸并降低功耗。自 2020 年 6 月起,ROHM 已提供未封装的芯片样品,并将在不久的将来提供特定封装的芯片。.
下一步,ROHM致力于进一步拓展其SiC功率器件产品线,将模块化技术与集成控制电路等外围器件相结合,旨在最大限度地提升性能,并助力下一代汽车的技术创新。同时,ROHM还将提供解决方案以应对客户面临的挑战,包括基于Web的仿真工具,这些工具能够缩短应用开发时间并帮助避免评估问题。.
主要特点
1)改进后的沟槽结构实现了业内最低的导通电阻。
2015年,ROHM开始量产业内首款采用原创结构的沟槽式SiC MOSFET。如今,ROHM已成功将导通电阻较传统产品降低了40%,且未牺牲短路耐受时间,并进一步改进了其原有的双沟槽结构。
(图1)
2) 通过显著降低寄生电容来降低开关损耗。
通常,较低的导通电阻和较高的电流往往会增加 MOSFET 中的各种寄生电容,这会抑制 SiC 固有的高速开关特性。
然而,ROHM 通过显著降低栅漏电容 (Cgd),实现了比传统产品降低 50% 的开关损耗。
(图 2)
术语概览:金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是场效应晶体管中最常用的结构。它们通常被用作开关元件。.
短路耐受时间是指 MOSFET 因短路而失效所需的时间。通常,发生短路时,会有大电流流过,超过其最大容量。这会导致异常发热、热失控,最终导致器件损坏。较长的短路耐受时间可以换取更高的性能特性,例如更低的导通电阻。.
双沟槽结构(沟槽):
这是罗姆公司独创的沟槽结构。虽然采用沟槽结构在SiC MOSFET中已被证明能有效降低导通电阻,但为了确保器件的长期可靠性,必须抑制沟槽栅极区域产生的电场。为此,罗姆公司采用了一种独特的双沟槽结构,最大限度地减少了电场集中,使其在2015年成为首家量产沟槽型SiC MOSFET的供应商。
寄生电容是指电子元件内部物理结构所固有的电容。以 MOSFET 为例,它包含栅源电容 (Cgs)、栅漏电容 (Cgd) 和漏源电容 (Cds)。Cgs 和 Cgd 由栅极氧化膜电容决定,而 Cds 则是二极管的寄生结电容。.
沟槽结构:
“沟槽”一词指的是狭窄的凹槽或沟槽。这种设计是在芯片表面形成沟槽,并在 MOSFET 的侧壁上形成栅极。与平面 MOSFET 不同,这种结构没有 JFET 电阻,因此可以比平面拓扑结构更薄,并且导通电阻接近于原始 SiC 材料的性能。
