相關背景

　　半導體(ti)功率(lv)(lv)器(qi)件(jian)是電(dian)力電(dian)子設(she)備的(de)關鍵部件(jian)，被廣泛地應用在家電(dian)，工業機械(xie)和(he)機車牽引等領域(yu)。三(san)菱(ling)電(dian)機通(tong)過使用碳化(hua)硅（SiC）MOSFET實現了高能源效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)的(de)轉換(huan)，這正符合了在這個領域(yu)對高能源效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)并(bing)減小尺寸的(de)需求。 

　　通常電(dian)子設備的(de)(de)短路(lu)可(ke)能(neng)造成(cheng)過載(zai)電(dian)流經過半導(dao)(dao)體功率器(qi)(qi)(qi)件，這會對(dui)器(qi)(qi)(qi)件本身造成(cheng)巨大(da)的(de)(de)破壞和失(shi)效(xiao)。因此，器(qi)(qi)(qi)件設計者要盡可(ke)能(neng)防止過高的(de)(de)電(dian)流。由于SiC MOSFET的(de)(de)內阻小于硅(gui)材(cai)(cai)料(liao)器(qi)(qi)(qi)件，所以(yi)過載(zai)電(dian)流將會特(te)別大(da)，這導(dao)(dao)致短路(lu)時(shi)間減少。與硅(gui)材(cai)(cai)料(liao)元件的(de)(de)短路(lu)時(shi)間相(xiang)比，為了保護(hu)SiC MOSFET，我們(men)一般會使(shi)用一個(ge)特(te)別的(de)(de)保護(hu)電(dian)路(lu)來(lai)更快地阻止過載(zai)電(dian)流。

　　當(dang)然(ran)在(zai)短(duan)路時(shi)間和導(dao)通電阻(zu)間要(yao)有取舍。如果短(duan)路時(shi)間長，那么就需(xu)要(yao)高(gao)導(dao)通電阻(zu)和大(da)芯片尺寸(cun)。在(zai)這方面的(de)改善(shan)是過去(qu)很長時(shi)間需(xu)要(yao)解決(jue)的(de)問(wen)題。

　　新的結構

圖1  新型SiC MOSFET 結構圖 

　　在常見的(de)MOSFET中，源極(ji)（source）是一個單(dan)一完整(zheng)的(de)區(qu)域(yu)。但(dan)是，三菱電(dian)機在源極(ji)內引入了一個額外的(de)區(qu)域(yu)來控制(zhi)SiC MOSFET的(de)內阻（圖1）。采用(yong)這種(zhong)結(jie)構可(ke)以(yi)減少由短路造成的(de)過載電(dian)流的(de)發生(sheng)。

　　在(zai)短路時間超過(guo)8微秒的條件下(xia)，當有(you)過(guo)載電(dian)(dian)(dian)流時，三菱(ling)電(dian)(dian)(dian)機的新設備就不需要高(gao)速保(bao)護電(dian)(dian)(dian)路來(lai)中(zhong)斷電(dian)(dian)(dian)源。碳化(hua)硅器件的新構(gou)造(zao)增加了(le)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)因而(er)減小了(le)短路時的電(dian)(dian)(dian)流，由于(yu)新結構(gou)的源極會造(zao)成工作狀態下(xia)溫度(du)上升(sheng)，而(er)內(nei)阻(zu)由于(yu)溫度(du)的上升(sheng)會隨之增加。

　　同時(shi)(shi)，這種設計也(ye)能保持(chi)導(dao)通電阻(zu)(zu)的(de)溫(wen)度(du)低于正常水平。從而，基于硅(gui)功率器件的(de)短路時(shi)(shi)間，SiC MOSFET的(de)導(dao)通電阻(zu)(zu)比普通硅(gui)材料(liao) MOSFET減小了(le)60%，比常見(jian)的(de)SiCMOSFET器件減少了(le)40%，而能量損失減幅超(chao)過20%（圖2）。

圖2  新型(xing)結構能(neng)耗對比圖

　　這(zhe)項技術可以(yi)改進短(duan)路時(shi)(shi)間和(he)導通電阻的關系。因此(ci)，新結(jie)構的SiC MOSFET可以(yi)同時(shi)(shi)實現高(gao)(gao)可靠性、高(gao)(gao)點(dian)能效率(lv)和(he)小尺寸等特點(dian)。

　　短路時(shi)間(jian)的(de)增(zeng)長降低(di)了額外設計(ji)保護(hu)(hu)電(dian)(dian)路的(de)必要性，簡化(hua)的(de)電(dian)(dian)路設計(ji)可以讓SiC MOSFET在不(bu)同的(de)阻斷電(dian)(dian)壓的(de)需(xu)求(qiu)下應用(yong)(yong)。同時(shi)，不(bu)需(xu)要做任何改(gai)進，SiC MOSFET可以使(shi)用(yong)(yong)在現已有的(de)電(dian)(dian)路技術上。三菱(ling)電(dian)(dian)機表示使(shi)用(yong)(yong)SiC MOSFET更容易(yi)實現對電(dian)(dian)子器件的(de)保護(hu)(hu)。

　　未來計劃

　　三菱(ling)電機(ji)說他們的研發團隊將不斷改善新產品，目標是在2020年實(shi)現商業(ye)化。