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结构创新带来功率器件性能突破东芝半导体赋能新能源应用

作者:小编    发布时间:2024-09-12 21:51:34    浏览量:

  内新增了多款产品,以满足不同客户、不同应用的需求,包括ST1000GXH35、ST1500GXH35A等型号。

  据东芝电子元件(上海)有限公司技术部副总监屈兴国介绍,IEGT是东芝在20世纪90年代末注册的专利名称,是基于IGBT的一种功率器件技术,主要被用于柔性直流输配电、列车牵引、、风力发电等领域。

  在高压应用中,传统的IGBT结构所产生的阻断电压,会因为发射极侧N基区的电阻,造成较高的导通损耗。为了解决这个问题,东芝在IGBT的基础上开发出栅极注入增强的技术,制造出IEGT。根据东芝官网的描述,该结构设置了深而宽的沟槽栅电极,所以,穿过发射极电极的阻抗会变大,将有效抑制载流子的穿越。其结果是会造成载流子蓄积,N 基区的载流子分布在发射极电极侧将不断增加。我们把这种载流子的注入蓄积效果称之为注入增强效果(Injection Enhancement Effect)。采用这种栅结构之后,即使是实现了耐高压也可有效抑制电压降的增大,从而降低导通损耗。

  等级达到3000A。而采用PPI压接式封装的IEGT共有两种类型,分别是内置以及不带二极管的类型,主要差异在于应用对于电流的需求。屈兴国举例,在一个125毫米平台的PPI封装中总共有42个小方格,比如中间放了30颗IEGT,其他12个方格放了二极管,那么最大电流可以做到2000A;如果客户电流需求更大,比如3000A,那么就需要在42个方格中全部放上IEGT

结构创新带来功率器件性能突破东芝半导体赋能新能源应用(图1)

  对于客户而言,压接式封装器件可能较难使用,针对这个问题,东芝与第三方共同开发了半桥拓扑的IEGT压接组件方案,采用了两颗4.5kV/2kA/内置二极管的压接式IEGT,该装置为器件提供5KN左右的压力,适用于新客户进行双脉冲测试,以便客户能够快速了解东芝器件的性能,从而缩短开发周期,具备高可靠性和高效率。

  另外东芝还展出了4.5 kV双栅极RC-IEGT,主要特点是在IEGT模式下可降低关断损耗,在二极管模式下能减少反向恢复损耗,同时结合栅极控制技术,实际测量值中总开关损耗可降低16%,而导通损耗没有任何增加。

  据介绍,东芝在碳化硅领域的布局是先做碳化硅模块再推进单管产品。碳化硅模块产品量产时间相对较早,目前主要是针对轨道交通等牵引应用。目前东芝量产的碳化硅模块产品已经覆盖1200V、1700V、2200V、3300V电压等级,并采用了一种名为iXPLV的银烧结技术。

  在碳化硅MOSFET上,东芝目前已经迭代到第三代碳化硅MOSFET产品,主要面向充电桩、数据中心、新能源发电、电机等应用。东芝的碳化硅MOSFET与其他公司产品的最大区别是内置了SBD,而非使用本体PN结二极管。这种结构的优势在于,内置的SBD通态电压更低,因此电流会从SBD中通过,从而抑制导通电阻早期的漂移、MOSFET双极退化、大大提高了器件的可靠性。

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  在第二代的基础上,东芝第三代碳化硅MOSFET再通过优化单元结构,令代表导通损耗和开关损耗之间关系的性能指标RDS(ON)×Qgd,相比东芝现有的第二代碳化硅MOSFET降低80%。同时东芝第三代碳化硅MOSFET栅源控制电压范围是-10至25 V,比其他公司产品的电压范围更宽,从而提高了便利了客户的栅极驱动设计。

  对于近年热门的电动汽车市场,东芝在各种车规分立器件上一直都有稳定的出货;在碳化硅方面,屈兴国表示东芝在国内更加倾向于晶圆销售的模式,比如将碳化硅晶圆出售给模块厂商进行封装,这也是应对目前碳化硅器件市场内卷的一种方式。

  在PCIM Asia2024上可以看到,东芝半导体在传统的大功率硅基功率器件上持续保持创新,并应对市场需求不断推出新的型号,展现出老牌功率半导体厂商的实力;而在第三代半导体方面,东芝半导体也通过器件结构的创新,为市场带来了差异化产品,满足了更多不同客户的需求。随着清洁能源需求的不断增长,包括新能源发电、输配电、列车牵引等领域将会有更大的市场增长空间,东芝半导体借助功率器件产品上的技术优势,也将会获得更多市场机会。

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