功率半導(dǎo)體的革命：SiC與GaN的共舞（二）

　　SiC制SBD的普及出現(xiàn)曙光，而SiC制MOSFET的開發(fā)焦點(diǎn)則是如何發(fā)揮SiC的出色材料特性。其中，為減少導(dǎo)通時的損失而降低導(dǎo)通電阻的研發(fā)正在推進(jìn)之中。目標(biāo)是將導(dǎo)通電阻降至Si制功率元件的1/10以下。

　　羅姆2011年12月發(fā)布了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的溝道型MOSFET。通過減小通道電阻及基板電阻，降低了導(dǎo)通電阻，從而在耐壓600V下實(shí)現(xiàn)了0.79mΩcm2的導(dǎo)通電阻，在耐壓1200V下實(shí)現(xiàn)了1.41mΩcm2（圖1）。據(jù)該公司介紹，與原來的硅制MOSFET相比，導(dǎo)通電阻不到1/20，與已量產(chǎn)的SiC制MOSFET相比也不到1/7。

　　圖1：在耐壓600V下導(dǎo)通電阻低于1mΩcm2

　　羅姆試制出了在耐壓600V下導(dǎo)通電阻低于1mΩcm2的溝道型SiC制MOSFET。與該公司的原產(chǎn)品相比，通道電阻約降低了80％，基板電阻約降低70％，導(dǎo)通電阻還不到一半（a）。通過采用柵極和源極都形成溝道的“雙溝道構(gòu)造”，減輕了柵極部分的電場集中效應(yīng)（b）。

　　羅姆表示將在爭取2013年度內(nèi)使溝道型SiC制MOSFET實(shí)用化。

　　內(nèi)置回流二極管

　　在提高SiC制MOSFET性能的同時，通過減少部件數(shù)量，抑制采用SiC制功率元件時的成本增加的研發(fā)也在進(jìn)行之中。

　　典型例子是松下2011年12月作為研發(fā)成果發(fā)布的內(nèi)置有回流二極管的SiC制MOSFET。該產(chǎn)品通過內(nèi)置回流二極管來減少逆變器電路中的部件數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)了電路的低成本化及小型化。

　　此前，MOSFET內(nèi)置的二極管啟動電壓高達(dá)約2.5V，難以達(dá)到實(shí)用水平。而松下的試制品將該電壓降低到了0.5V。而且，據(jù)松下介紹，SiC制二極管的溫度特性優(yōu)于普通SBD（圖2）。盡管松下沒有具體的商業(yè)化計劃，但估計約兩年后可以解決實(shí)用化所面臨的技術(shù)課題。

　　圖2：溫度特性優(yōu)于SiC制SBD

　　松下試制出了內(nèi)置有回流二極管的SiC制MOSFET。據(jù)該公司介紹，與普通的SiC制SBD相比，內(nèi)置二極管的溫度特性十分出色。獲得某一電流輸出值所需要的正向電壓在高溫下也不易發(fā)生變化。

氧化鎵比SiC耐壓高且損耗低

　　“實(shí)際上Ga2O3是很有意思的材料”（熟知功率半導(dǎo)體元件的研究人員）。

　　與正作為新一代功率半導(dǎo)體材料而在推進(jìn)開發(fā)的SiC（碳化硅）及GaN（氮化鎵）相比，因有望以低成本制造出高耐壓且損耗低的功率半導(dǎo)體元件（以下稱功率元件），作為氧化鎵一種的β型Ga2O3吸引了眾多目光。