Forschungserfolg von Toshiba

SiC-MOSFET mit optimierter eingebetteter Schottky-Diode

13. Dezember 2022, 17:16 Uhr | Ralf Higgelke
Toshiba, SiC, Silicon Carbide, SiliconCarbide
Schematische Darstellung der SiC-MOSFETs mit dem schachbrettartig eingebetteten Schottky-Diode, die die parasitäre Body-Diode neutralisieren soll.
© Toshiba

Durch die bipolare Leitung in der Body-Diode im Sperrbetrieb verschlechtert sich der Durchlasswiderstand von SiC-MOSFETs. Nun hat Toshiba eine Struktur entwickelt, bei der Schottky-Dioden (SBD) schachbrettartig eingebettet sind. Dies senkt den Durchlasswiderstand und hält die Zuverlässigkeit hoch.

Toshiba hatte eine Bauelementestruktur entwickelt, bei der Schottky-Dioden (SBD) in den SiC-MOSFET eingebettet sind, um die Body-Dioden zu neutralisieren. Allerdings stellte sich heraus, dass beim aktuellen streifenförmigen SBD-Muster die Kanaldichte sank und flächenspezifische Durchlasswiderstand (Ron·A) stieg, wenn MOSFET-Kanäle durch eingebettete SBDs ersetzt werden. Diesen Zielkonflikt will das Unternehmen nun mit einer neuen eingebetteten SBD-Struktur gelöst haben, wie es bei einer Präsentation auf der dem IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) Anfang Dezember 2022 bestätigt hat.

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Schematische Darstellung der SiC-MOSFETs mit dem schachbrettartig eingebetteten Schottky-Diode, die die parasitäre Body-Diode neutralisieren soll.
© Toshiba

Mit Hilfe einer schachbrettartigen Anordnung der SBDs hat Toshiba sowohl die Durchlassverluste in seinen SiC-MOSFETs mit eingebetteten SBDs verbessert als auch eine gute Diodenleitfähigkeit erreicht. Auswertungen von 1,2-kV-Bauteilen mit dem optimierten Design bestätigten, dass die Positionierung der eingebetteten SBDs in der Nähe der Body-Dioden durch das Schachbrettmuster die bipolare Leitung der parasitären Body-Dioden effektiv einschränkt. Gleichzeitig liegt die unipolare Stromgrenze der Rückwärtsleitung bei gleichem Flächenbedarf für die SBDs doppelt so ist wie beim aktuellen streifenförmigen SBD-Muster. Der Wert den flächenspezifische Durchlasswiderstand wurde mit 2,7 mΩ·cm² um etwa 20 Prozent niedriger ermittelt.

Toshiba, SiC, Silicon Carbide, SiliconCarbide
Kompromiss zwischen den Eigenschaften eines 1,2-kV-SiC-MOSFETs.
© Toshiba

Dies ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass SiC-MOSFETs in Frequenzumrichtern für Motorantriebe eingesetzt werden können. Toshiba setzt seine Untersuchungen fort, um die dynamischen Eigenschaften und die Zuverlässigkeit weiter zu verbessern und attraktive, hochleistungsfähige Leistungshalbleiter zu entwickeln, die zur Kohlenstoffneutralität beitragen.


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