Meget holdbar siliciumcarbid (SiC) effekthalvleder TED-MOS til energibesparelse i elektriske køretøjsmotorer

Hitachi, Ltd. annoncerede i dag udviklingen af ​​en original energibesparende krafthalvlederstruktur, TED-MOS, ved hjælp af næste generations siliciumcarbid (SiC) materiale, der bidrager til at spare energi i elektriske køretøjer (EV). Denne effekthalvleder er en ny enhed, der bruger en finstruktureret rende MOSFET baseret på den konventionelle DMOS-FET, en SiC-transistor af effekthalvleder. Ved at bruge denne nye enhed, en energibesparelse på 50 procent blev bekræftet, da strukturen reducerer den elektriske feltstyrke, et indeks for holdbarhed, med 40 procent og modstand med 25 procent sammenlignet med den konventionelle DMOS-FET. Hitachi har til hensigt at anvende denne enhed i motordrevne invertere, som er en kernekomponent i elbiler for at øge energieffektiviteten. Desuden, ved at bruge denne teknologi ikke kun i elbiler, men også i en række elektriske transducere, der bruges i samfundsmæssige infrastruktursystemer, Hitachi håber at bidrage til bestræbelserne på at reducere den globale opvarmning og realiseringen af ​​et samfund med lavt kulstofindhold.

Med den forventede stigning i den globale energiefterspørgsel, mål for at reducere miljøbelastningen opstilles gennem initiativer som SDG'erne og COP21 for at realisere et bæredygtigt samfund. Da brugen af ​​elbiler også forventes at stige dramatisk, at reducere elforbruget anses for at være kritisk, Dermed, brugen af ​​effekthalvledere, der anvender SiC som halvledermateriale, der kan levere betydelige energibesparelser for invertere, tiltrækker meget opmærksomhed. Et spørgsmål, imidlertid, er det i SiC effekthalvleder, i modsætning til silicium (Si) enheder, modstanden varierer meget afhængigt af krystalplanet. Selvom trench SiC MOSFET (fig. 1(2)) er blevet foreslået som et middel til at lette strømmen af ​​elektrisk strøm på krystalplanet ved en lavere modstand sammenlignet med den konventionelle DMOS-FET (fig. 1(1)) struktur , da elektriske felter let koncentreres ved kanterne af renden på basisplanet, det var vanskeligt samtidig at opnå høj holdbarhed.

For at løse denne udfordring, Hitachi udviklede en original rendestruktur DMOS-FET "TED-MOS", der opnåede både en reduktion i modstanden med den mindre rendestigning og høj holdbarhed med lavere elektriske felter til industrielle applikationer ved højspænding (3,3 kV), og præsenterede disse resultater i maj 2018 på International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD) i Chicago, USA..

Denne gang, Hitachi har forbedret "TED-MOS" for EV-invertere, da de kræver højere strømtæthed ved en lavere spænding (1,2 kV) (fig. 1(3)). "Feltrelaksationslaget (FRL)" blev udviklet for at reducere den elektriske feltstyrke i vid udstrækning, hvor PN-forbindelsen for at slappe af den påførte spænding dannes i midten af ​​enhedsstrukturen. Ud over, "current spreading layer (CSL)" blev udviklet for at reducere modstanden i n-JFET-regionen, som tjener til at danne den elektriske strømbane, der forbinder siderne af de finnelignende skyttegrave som lavmodstandskrystalplaner og n-JFET-regionen. Som resultat, "TED-MOS" opnår samtidig både en mindre elektrisk feltstyrke og lavere modstand i SiC effekthalvledere.

Fordelene ved denne teknologiudvikling blev verificeret ved hjælp af en prototypeenhed. Det viste sig, at "TED-MOS" reducerede den elektriske feltstyrke med 40 procent og modstanden med 25 procent sammenlignet med den konventionelle DMOS-FET, mens den bibeholdt den nominelle spænding på 1,2 kV, der kræves til motordrevet i elbiler. Desuden, den modificerede enhedsstruktur nævnt ovenfor forbedrede også omskiftningshastighederne mellem ON/OFF af effekthalvlederen, og som et resultat, energitab i den elektriske strøm på grund af denne koblingsoperation blev også reduceret med 50 procent.

Fremadrettet, Hitachi vil bidrage til forebyggelsen af ​​global opvarmning og realiseringen af ​​et samfund med lavt kulstofindhold ved at anvende denne teknologi på forskellige elektriske transducere, ikke kun i elbiler, men også i forskellige samfundsmæssige infrastruktursystemer.