三菱电机工业SiC芯片技术
时间：2025-01-21 发布人：admin 点击数：0
1200V 级 SiC MOSFET 作为一款能够充分彰显 SiC 优势的器件，在工业与汽车等诸多领域得到了广泛应用。当下，1200V 级 SiC MOSFET 已被众多器件厂商视作主力产品。本文着重介绍三菱电机 1200V 级 SiC MOSFET 的技术开发要点。截至 2024 年，三菱电机已实现第二代平面栅 SiC MOSFET 芯片的量产，并将其与各类模块相配套，成功实现产品化。图 1 展示了第二代平面栅 SiC MOSFET 的 MOS 元胞截面结构及其特性。具体而言，通过运用 n 型离子注入技术（即 JFET 掺杂），对 MOS 元胞 JFET 区的结构进行优化，从而降低了 JFET 区域的电阻。与此同时，相较于以往，该产品缩小了 MOS 元胞的尺寸，通过提升 MOS 沟道密度以及减薄 SiC 衬底等方式，进一步降低电阻。经此一系列改进，如图 2 所示，三菱电机的第二代 SiC MOSFET 与第一代相比，导通电阻降低幅度超过 30%。此外，第二代 SiC MOSFET 用于维持耐压的终端结构采用了 FLR（Field Limiting Ring），并形成了适宜的表面保护膜。目前，三菱电机的第二代 SiC MOSFET 在市场上的多个系统中已广泛应用，这充分验证了其故障率低、性能稳定的特点。基于第二代 SiC MOSFET 的结构，三菱电机正持续进行改良，致力于开发更便于使用的 SiC MOSFET，并推动高性能、高可靠性 SiC 模块的产品化进程。作为耐压 1200V 级 SiC MOSFET 的下一代产品，三菱电机正在大力推进第四代沟槽栅 SiC MOSFET 的研发。另外，三菱电机的第三代 SiC MOSFET 采用了 SBD 嵌入式 MOSFET，将在下一章节详细介绍。图 3 呈现了正在开发的沟槽栅 SiC MOSFET 结构，该结构运用离子注入技术，打造出独特的 MOS 元胞结构。其显著特点在于，在高电场易集中的沟槽底部，实施 p 型离子注入（BPW：bottom p - well）以降低电场强度，同时对沟槽侧壁进行 p 型和 n 型离子注入，确保 BPW 的电位恒定，从而保障开关过程中的稳定工作，并降低电流路径的电阻。如此一来，三菱电机的沟槽栅 SiC MOSFET 得以实现高可靠性、稳定运行以及低导通电阻。图 4 对三菱电机的沟槽栅 SiC MOSFET 和平面栅 SiC MOSFET 的导通电阻进行了对比，不难发现，沟槽栅 MOSFET 的导通电阻大幅降低。在室温条件下，其比导通电阻约为 2mΩ・cm²，达到世界先进水平。从图 4 还能看出，在高阈值电压时，沟槽栅 SiC MOSFET 导通电阻相较于平面栅降低的比例更为显著。这是因为沟槽栅 SiC MOSFET 的 MOS 沟道形成于与（0001）面垂直的面上，使得 MOS 通道的有效迁移率较大。三菱电机的沟槽栅 MOSFET 在结构上具备离子注入浓度和区域等设计自由度高的特点，因而能够对各种特性进行灵活调整。
