日本川崎－東芝電子元件及儲存裝置株式會社（「東芝」）開發出肖特基勢壘二極體（SBD）[1]嵌入式金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）[2]，
對現有元件結構進行了重大改進[ 3]，同時保持高可靠性和短路耐受性。成功的設計修改在裝置結構中引入了不同深度的勢壘結構[4]，
該結構保持了整合SBD功能的反向導通操作[5]的可靠性，同時抑制了導致損壞的SBD部分的電流洩漏短路期間[6]。透過利用新的設計技術和優化裝置結構，
新型MOSFET實現了更低的導通電阻[7]（RonA），比現有結構[3]提高了約26%。
功率半導體在電力供應和控制中發揮核心作用。它們可以減少各種電子設備的能源消耗，是實現碳中和的重要工具。汽車電氣化和工業設備小型化預計將持續擴大需求。在此背景下，SiC MOSFET 被視為新一代功率半導體。它們提供比 Si MOSFET 更好的電力能量轉換效率，近年來其用途迅速擴大。然而，SiC MOSFET 存在可靠性問題：由於反向導通操作而導致 RonA 增加。東芝現已開發出一款嵌入 SBD 的 SiC MOSFET，可在不增加 RonA 的情況下以反向導通方式運作。
降低SiC MOSFET的RonA同時會導致短路操作期間流經MOSFET部分的電流過大[6]，從而降低了短路操作的耐久性。然而，增強嵌入式SBD的導通以提高反向導通操作的可靠性會增加其在短路操作期間的電流洩漏，這也降低了短路操作的耐久性。引入深勢壘結構可以抑制MOSFET的過大電流和短路操作期間SBD的電流洩漏，但它也會阻礙來自SBD的電流，引發人們對二極體導通可靠性下降的擔憂。
這導致東芝考慮將屏障結構分為淺層和深層區域。深勢壘區成功地抑制了短路操作期間來自 MOSFET 部分的過量電流，並減少了 SBD 電流洩漏，而留下的淺區則有效地擴散了來自 SBD 的電流，而不受勢壘的任何阻礙。這提高了短路操作期間的耐用性，同時在反向導通操作中保持出色的可靠性。自2023年12月起，東芝已向部分客戶提供了應用新技術的嵌入式SBD SiC MOSFET測試樣品進行評估，以進一步提高性能。
東芝利用其新的設計技術並優化裝置結構，開發了原型 1.2 kV 級 SBD 整合 MOSFET。這實現了 2.0 mΩcm2 的低 RonA，比目前結構提高了約 26%[3]（圖 2）。東芝將於當地時間6 月3 日在第36 屆功率半導體裝置和IC 國際研討會(ISPSD) 2024 上詳細介紹該技術，該會議是功率半導體國際會議，該會議將於6 月2 日至6 日在德國布萊梅舉行。
[1] SBD：蕭特基勢壘二極體，一種將電流定向為一個方向的整流元件，連接在金屬和 n 型半導體的單晶內。
[2] MOSFET：金屬氧化物半導體場效電晶體，是一種具有閘極、汲極、源極三個電極的開關元件。透過施加閘極電壓，它可以切換汲極和源極之間的開關電流。
[3] 具有棋盤圖案的SBD分佈的設備結構，於2022年12月9日公佈。
Toshiba Develops SiC MOSFET with Embedded Schottky Barrier Diode that Delivers Low On-Resistance and High Reliability
對現有元件結構進行了重大改進[ 3]，同時保持高可靠性和短路耐受性。成功的設計修改在裝置結構中引入了不同深度的勢壘結構[4]，
該結構保持了整合SBD功能的反向導通操作[5]的可靠性，同時抑制了導致損壞的SBD部分的電流洩漏短路期間[6]。透過利用新的設計技術和優化裝置結構，
新型MOSFET實現了更低的導通電阻[7]（RonA），比現有結構[3]提高了約26%。
功率半導體在電力供應和控制中發揮核心作用。它們可以減少各種電子設備的能源消耗，是實現碳中和的重要工具。汽車電氣化和工業設備小型化預計將持續擴大需求。在此背景下，SiC MOSFET 被視為新一代功率半導體。它們提供比 Si MOSFET 更好的電力能量轉換效率，近年來其用途迅速擴大。然而，SiC MOSFET 存在可靠性問題：由於反向導通操作而導致 RonA 增加。東芝現已開發出一款嵌入 SBD 的 SiC MOSFET，可在不增加 RonA 的情況下以反向導通方式運作。
降低SiC MOSFET的RonA同時會導致短路操作期間流經MOSFET部分的電流過大[6]，從而降低了短路操作的耐久性。然而，增強嵌入式SBD的導通以提高反向導通操作的可靠性會增加其在短路操作期間的電流洩漏，這也降低了短路操作的耐久性。引入深勢壘結構可以抑制MOSFET的過大電流和短路操作期間SBD的電流洩漏，但它也會阻礙來自SBD的電流，引發人們對二極體導通可靠性下降的擔憂。
這導致東芝考慮將屏障結構分為淺層和深層區域。深勢壘區成功地抑制了短路操作期間來自 MOSFET 部分的過量電流，並減少了 SBD 電流洩漏，而留下的淺區則有效地擴散了來自 SBD 的電流，而不受勢壘的任何阻礙。這提高了短路操作期間的耐用性，同時在反向導通操作中保持出色的可靠性。自2023年12月起，東芝已向部分客戶提供了應用新技術的嵌入式SBD SiC MOSFET測試樣品進行評估，以進一步提高性能。
東芝利用其新的設計技術並優化裝置結構，開發了原型 1.2 kV 級 SBD 整合 MOSFET。這實現了 2.0 mΩcm2 的低 RonA，比目前結構提高了約 26%[3]（圖 2）。東芝將於當地時間6 月3 日在第36 屆功率半導體裝置和IC 國際研討會(ISPSD) 2024 上詳細介紹該技術，該會議是功率半導體國際會議，該會議將於6 月2 日至6 日在德國布萊梅舉行。
[1] SBD：蕭特基勢壘二極體，一種將電流定向為一個方向的整流元件，連接在金屬和 n 型半導體的單晶內。
[2] MOSFET：金屬氧化物半導體場效電晶體，是一種具有閘極、汲極、源極三個電極的開關元件。透過施加閘極電壓，它可以切換汲極和源極之間的開關電流。
[3] 具有棋盤圖案的SBD分佈的設備結構，於2022年12月9日公佈。
Toshiba Develops SiC MOSFET with Embedded Schottky Barrier Diode that Delivers Low On-Resistance and High Reliability
[4]勢壘結構：裝置結構的一個元件，用於控制由於高電壓而產生的高電場。它極大地影響了設備的性能。
[5] 反向導通動作：由於電路中的電流回流，電流從MOSFET的源極流向汲極的動作。
[6] 短路操作：與正常開關操作期間的短期導通相比，在控制電路故障等異常模式期間發生長期導通的現象。需要在一定的短路操作持續時間內不會故障的堅固性。
[7] 導通電阻是 MOSFET 工作 (ON) 時汲極和源極之間的電阻值
圖片出處來源網址：東芝半導體https://toshiba.semicon-storage.com/tw/company/news/news-topics/2024/06/sic-power-devices-20240603-1.html
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