東芝推出具有低導通電阻和高可靠性的適用于車載牽引逆變器的最新款1200V SiC MOSFET

東芝電子元件及存儲裝置株式會社（“東芝”）近日宣布，最新開發出一款用于車載牽引逆變器^[1]的裸片^[2]1200 V碳化硅（SiC）MOSFET“X5M007E120”，其創新的結構可實現低導通電阻和高可靠性。X5M007E120現已開始提供測試樣品，供客戶評估。

當典型SiC MOSFET的體二極管在反向傳導操作^[3]期間雙極通電^[4]時，其可靠性會因導通電阻增加而降低。東芝SiC MOSFET通過在MOSFET中嵌入SBD（肖特基勢壘二極管）以弱化體二極管工作的器件結構來緩解上述問題，但如若將SBD布置在芯片上，會減少為通道提供的板面積，板面積不僅可決定MOSFET導通工作的電阻，而且還可增加芯片的導通電阻。

X5M007E120中嵌入的SBD采用格紋形態排列，沒有采用常用的條形形態，這種排列可高效抑制器件體二極管的雙極通電，而且即便占用相同的SBD掛載面積，也能將單極工作的上限提升到大約兩倍的當前面積。此外，也可針對條形陣列提高通道密度，而且單位面積的導通電阻很低，大約降低了20 %至30 %^[5]。這一提高的性能、低導通電阻以及針對反向導通工作保持的可靠性，可節省用于電機控制的逆變器的電能，例如牽引逆變器。

降低SiC MOSFET的導通電阻，會導致短路^[6]時流過MOSFET的電流過大，進而降低短路耐久性。此外，增強嵌入式SBD的傳導，提高反向傳導工作的可靠性，也會增大短路時的漏電流，從而可再次降低短路耐久性。最新裸片具有深勢壘結構設計^[7]，可在短路狀態下抑制MOSFET的過大電流和SBD的漏電流，這可在提高其耐久性的同時，保持針對反向傳導工作的極高可靠性。

用戶可根據其特定的設計需求定制裸片，實現面向其應用的解決方案。

東芝預計將在2025年提供X5M007E120的工程樣品，并在2026年投入量產，同時，其將進一步探索器件特征的改進。

東芝將為客戶提供易用性和性能都更高的電源半導體產品，充分滿足電機控制逆變器和電動汽車電力控制系統等能效都至關重要的領域的應用需求，從而為實現脫碳社會做出貢獻。

圖1 外觀（俯視圖）與內部電路

圖2 現有條形形態嵌入式SBD的MOSFET與格紋形態嵌入式SBD的MOSFET的原理圖

圖3 條形形態嵌入式SBD的MOSFET與格紋形態嵌入式SBD的MOSFET的單極傳導及導通電阻臨界電流密度測量值（東芝調查）

圖4 典型SiC MOSFET與東芝SiC MOSFET（將SBD嵌入MOSFET芯片的MOSFET）的比較

圖5 格紋形態嵌入式SBD的現有MOSFET與深勢壘結構設計MOSFET的原理圖

圖6 條形形態嵌入式SBD和深勢壘結構設計MOSFET的短路耐受時間和導通電阻的測量值（東芝調查）

■   應用：

-   車載牽引逆變器

■   特性：

-   低導通電阻與高可靠性

-   車載裸片

-   通過AEC-Q100認證

-   漏極—源極電壓額定值：V_DSS＝1200 V

-   漏極電流（DC）額定值：I_D＝（229）A^[8]

-   低導通電阻：

R_DS(ON)＝7.2 mΩ（典型值）（V_GS＝＋18 V、Ta＝25 °C）

R_DS(ON)＝12.1 mΩ（典型值）（V_GS＝＋18 V、Ta＝175 °C）

■   主要規格：

（除非另有說明，Ta＝25 °C）

注：

[1] 可將電池供電的DC電源轉換為AC電源并可控制電動汽車（EV）或混合動力電動車（HEV）電機的設備。

[2] 未封裝芯片產品。

[3] 電路中電流回流導致的電流從源極流向漏極的工作。

[4] 當正向電壓施加到漏極和源極之間的pn二極管時的雙極性工作。

[5] 相比使用條形形態的產品。

[6] 與在正常開關工作期間的短時間傳導相比，在控制電路故障等異常模式下出現長時間傳導的現象，要求具有在一定短路工作持續時間內不會出現故障的強度。

[7] 為控制因高壓而產生的高電場提供的器件結構元件，其會對器件性能產生重大影響。

[8] 暫定值。

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