Hitachi, Ltd. tillkännagav idag utvecklingen av en original energibesparande krafthalvledarstruktur, TED-MOS, använder nästa generations kiselkarbid (SiC) material som bidrar till att spara energi i elfordon (EV). Denna krafthalvledare är en ny enhet som använder en fenstrukturerad ränn MOSFET baserad på den konventionella DMOS-FET, en SiC-transistor av effekthalvledare. Med den här nya enheten, en energibesparing på 50 procent bekräftades eftersom strukturen minskar den elektriska fältstyrkan, ett index för hållbarhet, med 40 procent och motstånd med 25 procent jämfört med den konventionella DMOS-FET. Hitachi avser att använda denna enhet i motordrivna växelriktare som är en kärnkomponent i elbilar för att öka energieffektiviteten. Vidare, genom att använda denna teknik inte bara i elbilar utan också i en rad elektriska givare som används i samhälleliga infrastruktursystem, Hitachi hoppas kunna bidra till insatserna för att minska den globala uppvärmningen och förverkligandet av ett koldioxidsnålt samhälle.

Med den förväntade ökningen av global energiefterfrågan, mål för att minska miljöbelastningen sätts genom initiativ som SDGs och COP21 för att förverkliga ett hållbart samhälle. Eftersom användningen av elfordon också förväntas öka dramatiskt, att minska elförbrukningen anses vara kritisk, Således, användningen av krafthalvledare som använder SiC som halvledarmaterial som kan ge betydande energibesparingar för växelriktare, väcker stor uppmärksamhet. En fråga, dock, är det i SiC-krafthalvledare, till skillnad från silikon (Si) enheter, motståndet varierar mycket beroende på kristallplanet. Även om trench SiC MOSFET (fig. 1(2)) har föreslagits som ett sätt att underlätta flödet av elektrisk ström på kristallplanet vid ett lägre motstånd jämfört med den konventionella DMOS-FET-strukturen (fig. 1(1)). , eftersom elektriska fält lätt koncentreras vid kanterna av diket på basplanet, det var svårt att samtidigt uppnå hög hållbarhet.

För att möta denna utmaning, Hitachi utvecklade en original DMOS-FET "TED-MOS" som uppnådde både en minskning av motståndet med den mindre dikesstigningen och hög hållbarhet med lägre elektriska fält för industriella applikationer vid högspänning (3,3 kV), och presenterade dessa resultat i maj 2018 vid International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD) i Chicago, U.S.A.

Den här gången, Hitachi har förbättrat "TED-MOS" för EV-växelriktare eftersom de kräver högre strömtäthet vid en lägre spänning (1,2 kV) (Fig. 1(3)). "Fältavslappningsskiktet (FRL)" utvecklades för att minska den elektriska fältstyrkan avsevärt, där PN-övergången för att slappna av den pålagda spänningen bildas i mitten av enhetens struktur. Dessutom, "strömspridningsskiktet (CSL)" utvecklades för att minska motståndet i n-JFET-regionen, som tjänar till att bilda den elektriska strömbanan som förbinder sidorna av de fenliknande dikena som lågresistanskristallplan och n-JFET-området. Som ett resultat, "TED-MOS" uppnår samtidigt både en mindre elektrisk fältstyrka och lägre motstånd i SiC-krafthalvledare.

Fördelarna med denna teknikutveckling verifierades med hjälp av en prototypenhet. Det visade sig att "TED-MOS" minskade den elektriska fältstyrkan med 40 procent och motståndet med 25 procent i jämförelse med den konventionella DMOS-FET samtidigt som den märkspänning på 1,2 kV som krävs för motordriften i elbilar bibehölls. Vidare, den modifierade enhetsstrukturen som nämns ovan förbättrade också växlingshastigheterna mellan PÅ/AV för krafthalvledaren, och som resultat, energiförlusten i den elektriska strömmen på grund av denna omkoppling minskade också med 50 procent.

Går framåt, Hitachi kommer att bidra till att förebygga global uppvärmning och förverkligandet av ett koldioxidsnålt samhälle genom att tillämpa denna teknik på olika elektriska givare, inte bara i elbilar utan också i olika samhälleliga infrastruktursystem.