功率半導體的革命：SiC與GaN的共舞（二）

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

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

　　圖1：在耐壓600V下導通電阻低于1mΩcm2

　　羅姆試制出了在耐壓600V下導通電阻低于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％，導通電阻還不到一半（a）。通過(guò)采用柵極和源極都形成溝道的“雙溝道構造”，減輕了柵極部分的電場(chǎng)集中效應（b）。

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

　　內置回流二極管

　　在提高SiC制MOSFET性能的同時(shí)，通過(guò)減少部件數量，抑制采用SiC制功率元件時(shí)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)布的內置有回流二極管的SiC制MOSFET。該產(chǎn)品通過(guò)內置回流二極管來(lái)減少逆變器電路中的部件數量，從而實(shí)現了電路的低成本化及小型化。

　　此前，MOSFET內置的二極管啟動(dòng)電壓高達約2.5V，難以達到實(shí)用水平。而松下的試制品將該電壓降低到了0.5V。而且，據松下介紹，SiC制二極管的溫度特性?xún)?yōu)于普通SBD（圖2）。盡管松下沒(méi)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?xún)?yōu)于SiC制SBD

　　松下試制出了內置有回流二極管的SiC制MOSFET。據該公司介紹，與普通的SiC制SBD相比，內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”（熟知功率半導體元件的研究人員）。

　　與正作為新一代功率半導體材料而在推進(jìn)開(kāi)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體元件（以下稱(chēng)功率元件），作為氧化鎵一種的β型Ga2O3吸引了眾多目光。