東芝新款高壓MOSFET，碳化硅功不可沒

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碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）

眾所周知，硅元素因其獨(dú)特的穩(wěn)定性成為功率MOS中最常用的材料。然而隨著半導(dǎo)體材料的不斷發(fā)展，越來越多的化合物半導(dǎo)體材料走上歷史舞臺。近年來，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等第三代半導(dǎo)體材料正憑借其優(yōu)越的性能和巨大的市場潛力，成為全球半導(dǎo)體市場的焦點(diǎn)。借此契機(jī)，東芝推出了新款1200V碳化硅（SiC）MOSFET——“TW070J120B”。

01特征屬性分析

TW070J120B采用第2代內(nèi)置碳化硅SBD芯片設(shè)計(jì)，TO-3P(N)封裝，具有高電壓、低輸入電容、低總柵電荷、低導(dǎo)通電阻、低二極管正向電壓、高柵閾值電壓等特性：VDSS＝1200V，Ciss＝1680pF（典型值），Qg＝67nC（典型值），RDS(ON)＝70mΩ（典型值），VDSF＝-1.35V（典型值），Vth＝4.2V至5.8V。

TW070J120B屬于增強(qiáng)類型功率MOSFET半導(dǎo)體器件，易于操作，具體的數(shù)據(jù)參數(shù)如下圖所示。

02功能特性分析高耐壓性TW070J120B采用的是碳化硅（SiC）這種新材料，由于SiC的介電擊穿強(qiáng)度大約是Si的10倍，所以與常規(guī)的硅（Si）MOSFET、IGBT產(chǎn)品相比，TW070J120B具有高耐壓特性。

高速開關(guān)和低導(dǎo)通電阻特性

在相同的耐壓的情況下，SiC與Si相比，可以減小每單位面積的導(dǎo)通電阻。除此之外，在高達(dá)1200V高壓下也可以保持較低的導(dǎo)通電阻。與IGBT相比，SiC MOSFET是單極器件，所以不存在拖尾電流產(chǎn)生的問題，因此關(guān)斷損耗極小，可以降低部分功耗。

例如：與東芝推出的1200V硅絕緣柵雙極晶體管（IGBT）“GT40QR21”相比，“TW070J120B”關(guān)斷開關(guān)損耗降低80%左右，開關(guān)時(shí)間（下降時(shí)間）縮短大約70%，并且能夠在不超過20A的漏極電流下提供低導(dǎo)通電壓。它的柵閾值電壓被設(shè)置在4.2V至5.8V的較高電壓范圍內(nèi)，有助于減少故障風(fēng)險(xiǎn)（意外開啟或關(guān)閉）。

可靠性TW070J120B采用了嵌入具有低正向電壓的碳化硅肖特基勢壘二極管（SBD）的全新MOSFET結(jié)構(gòu)，與東芝的典型結(jié)構(gòu)相比，其可靠性提高了10倍以上，而且也有助于降低功率損耗。

03應(yīng)用場景

由于TW070J120B具有高耐壓性，高效率以及高功率密度，因此可以應(yīng)用在大容量AC-DC轉(zhuǎn)換器、光伏逆變器、大容量雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器等工業(yè)應(yīng)用中，這種新型SiC功率MOSFET不僅能通過降低功率損耗來達(dá)到提高效率的目的，而且也將為縮小設(shè)備尺寸做出貢獻(xiàn)。

東芝在功率半導(dǎo)體器件研發(fā)設(shè)計(jì)中有著豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，通過對材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和創(chuàng)新，推動(dòng)功率半導(dǎo)體器件飛速的發(fā)展。

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