碳化硅SiC MOSFET:低导通电阻和高可靠性的肖特基势垒二极管
Toshiba研发出一种SiC金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET)，其将嵌入式肖特基势垒二极管（SBD）排列成格子花纹（check-pattern embedded SBD），以降低导通电阻并提高可靠性。东芝实验证实，与现有SiC MOSFET相比，这种设计结构在不影响可靠性的情况下[1]，可将导通电阻[2]（RonA）降低约20%。
功率器件是管理各种电子设备电能，降低功耗以及实现碳中和社会的重要元器件。碳化硅被广泛视为下一代功率器件的材料，因为碳化硅相较于硅材料可进一步提高电压并降低损耗。虽然碳化硅功率器件目前主要用于列车逆变器，但其具有极为广泛的应用前景，包括车辆电气化和工业设备小型化。然而，必须首先解决一个问题：SiC MOSFET反向操作期间，体二极管双极性导通会造成导通电阻性能下降。
将肖特基势垒二极管嵌入MOSFET，使体二极管失活的器件结构，但发现用嵌入式SBD代替MOSFET沟道会降低沟道密度并增加RonA。现在新的内嵌式SBD结构解决了这一问题，东芝证实这种方法显著提高了性能特征。
通过将SBD按格子花纹分布，降低了SBD嵌入式SiC MOSFET的导通损耗，并实现了良好的二极管导电性。优化设计的1.2kV级SBD嵌入式MOSFET导通电流特性评估结果证实，采用格子花纹设计将嵌入式SBD靠近体二极管可以有效限制寄生二极管双极性导通，相同SBD占位面积条件下，单极性反向导通电流是条形花纹排列SBD实现电流的两倍。2.7mΩ・cm2条件下，RonA降低约20%。
SiC MOSFET用于电机驱动应用逆变器时，这种经过验证的改进效果是至关重要的。目前正在继续进行评估，以改善动态特性和可靠性，并开发有助于实现碳中和的更具吸引力的高性能功率半导体器件。
新研发的格子花纹嵌入式SBD-SiC MOSFET的示意图
1,2kV级SiC MOSFET特性对比
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