Hitachi, Ltd. anunciou hoje o desenvolvimento de uma estrutura original de semicondutor de energia com economia de energia, TED-MOS, usando carboneto de silício de última geração (SiC), material que contribui para a economia de energia em veículos elétricos (EV). Este semicondutor de potência é um novo dispositivo que usa um MOSFET de trincheira estruturada em aletas com base no DMOS-FET convencional, um transistor SiC de semicondutor de potência. Usando este novo dispositivo, uma economia de energia de 50 por cento foi confirmada à medida que a estrutura reduz a intensidade do campo elétrico, um índice de durabilidade, em 40 por cento e resistência em 25 por cento em comparação com o DMOS-FET convencional. A Hitachi pretende aplicar este dispositivo em inversores de acionamento de motor, que são um componente central dos EVs para aumentar a eficiência energética. Além disso, ao utilizar esta tecnologia não apenas em EVs, mas também em uma variedade de transdutores elétricos usados ​​em sistemas de infraestrutura social, A Hitachi espera contribuir com os esforços para reduzir o aquecimento global e a concretização de uma sociedade de baixo carbono.

Com o aumento previsto na demanda global de energia, metas para reduzir a carga ambiental estão sendo definidas por meio de iniciativas como os ODS e a COP21 para concretizar uma sociedade sustentável. Como a adoção de VEs também deve aumentar dramaticamente, reduzir o consumo de energia EV é considerado crítico, Assim, o uso de semicondutores de potência usando SiC como o material semicondutor que pode fornecer economia de energia significativa para inversores, está atraindo muita atenção. Um problema, Contudo, é que em semicondutor de potência SiC, ao contrário dos dispositivos de silício (Si), a resistência varia muito dependendo do plano do cristal. Embora trincheira SiC MOSFET (Fig. 1 (2)) tenha sido proposto como um meio para facilitar o fluxo de corrente elétrica no plano do cristal com uma resistência inferior em comparação com a estrutura DMOS-FET convencional (Fig. 1 (1)) , como campos elétricos facilmente se concentram nas bordas da trincheira no plano de base, era difícil alcançar simultaneamente alta durabilidade.

Para enfrentar este desafio, A Hitachi desenvolveu uma trincheira DMOS-FET "TED-MOS" original com estrutura de aleta que alcançou uma redução na resistência com o menor passo da trincheira e alta durabilidade com campos elétricos mais baixos para aplicações industriais em alta tensão (3,3 kV), e apresentou esses resultados em maio de 2018 no Simpósio Internacional de Dispositivos e CIs de Semicondutores de Potência (ISPSD) em Chicago, EUA..

Desta vez, A Hitachi aprimorou o "TED-MOS" para inversores EV, pois eles exigem densidade de corrente mais alta a uma tensão mais baixa (1,2 kV) (Fig. 1 (3)). A "camada de relaxamento de campo (FRL)" foi desenvolvida para reduzir extensivamente a intensidade do campo elétrico, onde a junção PN para relaxar a tensão aplicada se forma no centro da estrutura do dispositivo. Além disso, a "camada de espalhamento atual (CSL)" foi desenvolvida para reduzir a resistência na região n-JFET, que serve para formar o caminho da corrente elétrica conectando os lados das trincheiras semelhantes a barbatanas como planos de cristal de baixa resistência e a região n-JFET. Como resultado, O "TED-MOS" atinge simultaneamente uma intensidade de campo elétrico menor e uma resistência mais baixa em semicondutores de potência de SiC.

Os benefícios deste desenvolvimento de tecnologia foram verificados usando um dispositivo de protótipo. Verificou-se que o "TED-MOS" reduziu a intensidade do campo elétrico em 40 por cento e a resistência em 25 por cento em comparação com o DMOS-FET convencional, mantendo a tensão nominal de 1,2 kV necessária para o acionamento do motor em EVs. Além disso, a estrutura de dispositivo modificada mencionada acima também melhorou as velocidades de comutação entre ON / OFF do semicondutor de potência, e como resultado, a perda de energia na corrente elétrica devido a esta operação de comutação também foi reduzida em 50 por cento.

Daqui para frente, A Hitachi contribuirá para a prevenção do aquecimento global e a realização de uma sociedade de baixo carbono, aplicando esta tecnologia a vários transdutores elétricos, não apenas em VEs, mas também em vários sistemas de infraestrutura social.