相關背景

　　半導體功率器件是電力電子設備的關鍵部件，被廣泛地應用在家電，工業機械和機車牽引等領域。三菱電機通過使用碳化硅（SiC）MOSFET實現了高能源效率的轉換，這正符合了在這個領域對高能源效率并減小尺寸的需求。 

　　通常電子設備的短路可能造成過載電流經過半導體功率器件，這會對器件本身造成巨大的破壞和失效。因此，器件設計者要盡可能防止過高的電流。由于SiC MOSFET的內阻小于硅材料器件，所以過載電流將會特別大，這導致短路時間減少。與硅材料元件的短路時間相比，為了保護SiC MOSFET，我們一般會使用一個特別的保護電路來更快地阻止過載電流。

　　當然在短路時間和導通電阻間要有取舍。如果短路時間長，那么就需要高導通電阻和大芯片尺寸。在這方面的改善是過去很長時間需要解決的問題。

　　新的結構

圖1  新型SiC MOSFET 結構圖 

　　在常見的MOSFET中，源極（source）是一個單一完整的區域。但是，三菱電機在源極內引入了一個額外的區域來控制SiC MOSFET的內阻（圖1）。采用這種結構可以減少由短路造成的過載電流的發生。

　　在短路時間超過8微秒的條件下，當有過載電流時，三菱電機的新設備就不需要高速保護電路來中斷電源。碳化硅器件的新構造增加了電阻因而減小了短路時的電流，由于新結構的源極會造成工作狀態下溫度上升，而內阻由于溫度的上升會隨之增加。

　　同時，這種設計也能保持導通電阻的溫度低于正常水平。從而，基于硅功率器件的短路時間，SiC MOSFET的導通電阻比普通硅材料 MOSFET減小了60%，比常見的SiCMOSFET器件減少了40%，而能量損失減幅超過20%（圖2）。

圖2  新型結構能耗對比圖

　　這項技術可以改進短路時間和導通電阻的關系。因此，新結構的SiC MOSFET可以同時實現高可靠性、高點能效率和小尺寸等特點。

　　短路時間的增長降低了額外設計保護電路的必要性，簡化的電路設計可以讓SiC MOSFET在不同的阻斷電壓的需求下應用。同時，不需要做任何改進，SiC MOSFET可以使用在現已有的電路技術上。三菱電機表示使用SiC MOSFET更容易實現對電子器件的保護。

　　未來計劃

　　三菱電機說他們的研發團隊將不斷改善新產品，目標是在2020年實現商業化。