碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)
众所周知,硅元素因其独特的稳定性成为功率MOS中最常用的材料。然而随着半导体材料的不断发展,越来越多的化合物半导体材料走上历史舞台。近年来,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等第三代半导体材料正凭借其优越的性能和巨大的市场潜力,成为全球半导体市场的焦点。借此契机,东芝推出了新款1200V碳化硅(SiC)MOSFET——“TW070J120B”。
01特征属性分析
TW070J120B采用第2代内置碳化硅SBD芯片设计,TO-3P(N)封装,具有高电压、低输入电容、低总栅电荷、低导通电阻、低二极管正向电压、高栅阈值电压等特性: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属于增强类型功率MOSFET半导体器件,易于操作,具体的数据参数如下图所示。
02功能特性分析高耐压性
TW070J120B采用的是碳化硅(SiC)这种新材料,由于SiC的介电击穿强度大约是Si的10倍,所以与常规的硅(Si)MOSFET、IGBT产品相比,TW070J120B具有高耐压特性。
高速开关和低导通电阻特性
在相同的耐压的情况下,SiC与Si相比,可以减小每单位面积的导通电阻。除此之外,在高达1200V高压下也可以保持较低的导通电阻。与IGBT相比,SiC MOSFET是单极器件,所以不存在拖尾电流产生的问题,因此关断损耗极小,可以降低部分功耗。
例如:与东芝推出的1200V硅绝缘栅双极晶体管(IGBT)“GT40QR21”相比,“TW070J120B”关断开关损耗降低80%左右,开关时间(下降时间)缩短大约70%,并且能够在不超过20A的漏极电流下提供低导通电压。它的栅阈值电压被设置在4.2V至5.8V的较高电压范围内,有助于减少故障风险(意外开启或关闭)。
可靠性
TW070J120B采用了嵌入具有低正向电压的碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)的全新MOSFET结构,与东芝的典型结构相比,其可靠性提高了10倍以上,而且也有助于降低功率损耗。
03应用场景
由于TW070J120B具有高耐压性,高效率以及高功率密度,因此可以应用在大容量AC-DC转换器、光伏逆变器、大容量双向DC-DC转换器等工业应用中,这种新型SiC功率MOSFET不仅能通过降低功率损耗来达到提高效率的目的,而且也将为缩小设备尺寸做出贡献。
东芝在功率半导体器件研发设计中有着丰富的技术经验,通过对材料与结构设计的改进和创新,推动功率半导体器件飞速的发展。
原文标题:东芝新款高压MOSFET,碳化硅功不可没
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