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聚焦“SiC”与“GaN”功率元器件领域的探索与发展

上网日期: 2012年11月19日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:功率元器件? MOSFET? SiC? GaN?

前言

功率元器件的发展中,主要半导体材料当然还是Si。同样在以Si为主体的LSI世界里,在“将基本元件晶体管的尺寸缩小到1/k,同时将电压也降低到1/k,力争更低功耗”的指导原理下,随着微细加工技术的发展,实现了开关更加高速、大规模集成化。在功率元器件领域中,微细加工技术的导入滞后数年,需要确保工作电压的极限(耐压)并改善模拟性能。但是,通过微细化可以改善的性能仅限于100V以下的低耐压范围,在需要更高耐压的领域仅采用微细加工无法改善性能,因此,就需要在结构上下工夫。21世纪初,超级结(SJ)-MOSFET进入实用阶段,实现了超过MOSFET性能极限的性能改善。

然而,重要的特性——低导通电阻、栅极电荷量与耐压在本质上存在权衡取舍的关系。在功率元器件中有成为单元的晶体管,将多个单元晶体管并联可获得低导通电阻。但这种做法需要同时并联寄生于晶体管的电容,导致栅极电荷量上升。为了避免栅极电荷上升而进行微细化即将1个单元变小的话,耐压能力又会下降。

作为解决这个问题的手法,除了像SJ-MOSFET一样通过结构改善来提高性能,还通过变更材料来提高性能,就是使用了碳化硅(SiC)和GaN这类宽禁带(WBG)半导体的功率元器件。WBG材料的最大特点如表1所示,其绝缘击穿电场强度较高。只要利用这个性质,就可提高与Si元件相同结构时的耐压性能。只要实现有耐压余量的结构,将这部分单元缩小、提高集成度,就可降低导通电阻。     

聚焦“SiC”与“GaN”功率元器件领域的探索与发展(电子工程专辑)
表1:各种功率元器件材料的物理特性比较

本稿中将具体解说罗姆在“SiC”与“GaN”功率元器件领域的探索与发展。


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