相關(guān)背景

　　半導(dǎo)體功率器件是電力電子設(shè)備的關(guān)鍵部件，被廣泛地應(yīng)用在家電，工業(yè)機(jī)械和機(jī)車牽引等領(lǐng)域。三菱電機(jī)通過使用碳化硅（SiC）MOSFET實(shí)現(xiàn)了高能源效率的轉(zhuǎn)換，這正符合了在這個領(lǐng)域?qū)Ω吣茉葱什p小尺寸的需求。 

　　通常電子設(shè)備的短路可能造成過載電流經(jīng)過半導(dǎo)體功率器件，這會對器件本身造成巨大的破壞和失效。因此，器件設(shè)計者要盡可能防止過高的電流。由于SiC MOSFET的內(nèi)阻小于硅材料器件，所以過載電流將會特別大，這導(dǎo)致短路時間減少。與硅材料元件的短路時間相比，為了保護(hù)SiC MOSFET，我們一般會使用一個特別的保護(hù)電路來更快地阻止過載電流。

　　當(dāng)然在短路時間和導(dǎo)通電阻間要有取舍。如果短路時間長，那么就需要高導(dǎo)通電阻和大芯片尺寸。在這方面的改善是過去很長時間需要解決的問題。

　　新的結(jié)構(gòu)

圖1  新型SiC MOSFET 結(jié)構(gòu)圖 

　　在常見的MOSFET中，源極（source）是一個單一完整的區(qū)域。但是，三菱電機(jī)在源極內(nèi)引入了一個額外的區(qū)域來控制SiC MOSFET的內(nèi)阻（圖1）。采用這種結(jié)構(gòu)可以減少由短路造成的過載電流的發(fā)生。

　　在短路時間超過8微秒的條件下，當(dāng)有過載電流時，三菱電機(jī)的新設(shè)備就不需要高速保護(hù)電路來中斷電源。碳化硅器件的新構(gòu)造增加了電阻因而減小了短路時的電流，由于新結(jié)構(gòu)的源極會造成工作狀態(tài)下溫度上升，而內(nèi)阻由于溫度的上升會隨之增加。

　　同時，這種設(shè)計也能保持導(dǎo)通電阻的溫度低于正常水平。從而，基于硅功率器件的短路時間，SiC MOSFET的導(dǎo)通電阻比普通硅材料 MOSFET減小了60%，比常見的SiCMOSFET器件減少了40%，而能量損失減幅超過20%（圖2）。

圖2  新型結(jié)構(gòu)能耗對比圖

　　這項技術(shù)可以改進(jìn)短路時間和導(dǎo)通電阻的關(guān)系。因此，新結(jié)構(gòu)的SiC MOSFET可以同時實(shí)現(xiàn)高可靠性、高點(diǎn)能效率和小尺寸等特點(diǎn)。

　　短路時間的增長降低了額外設(shè)計保護(hù)電路的必要性，簡化的電路設(shè)計可以讓SiC MOSFET在不同的阻斷電壓的需求下應(yīng)用。同時，不需要做任何改進(jìn)，SiC MOSFET可以使用在現(xiàn)已有的電路技術(shù)上。三菱電機(jī)表示使用SiC MOSFET更容易實(shí)現(xiàn)對電子器件的保護(hù)。

　　未來計劃

　　三菱電機(jī)說他們的研發(fā)團(tuán)隊將不斷改善新產(chǎn)品，目標(biāo)是在2020年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。