第11讲：三菱电机工业SiC芯片技术

1200V级SiC MOSFET是一种能充分发挥SiC优势的器件，广泛应用于工业、汽车等领域。目前，1200V级SiC MOSFET被多家器件厂商定位为主力产品，本文主要介绍三菱电机1200V级SiC MOSFET的技术开发概要。

截至2024年，三菱电机已量产第二代平面栅SiC MOSFET芯片，并配套于各种模块实现产品化。图1显示了第二代平面栅SiC MOSFET的MOS元胞截面结构及其特点。首先，使用n型离子注入技术（JFET掺杂）来优化MOS元胞JFET区的结构，降低了JFET区域的电阻。此外，与以往相比，缩小了MOS元胞的尺寸，通过提高MOS沟道密度来降低电阻，并通过使SiC衬底更薄来降低电阻。通过这些改进，如图2所示，三菱电机的第二代SiC MOSFET与第一代相比，导通电阻降低了30%以上。此外，用于保持第二代SiC MOSFET耐压的终端结构采用了FLR（Field Limiting Ring），形成适当的表面保护膜。



迄今为止，三菱电机的第二代SiC MOSFET已被广泛应用于市场上多个系统中，充分证明其故障率低、性能稳定。目前，以第二代SiC MOSFET结构为基础，进一步进行改良，继续开发便于使用的SiC MOSFET，推进高性能、高可靠性SiC模块的产品化。

作为耐压1200V级SiC MOSFET的下一代产品，三菱电机正在推进第四代沟槽栅SiC MOSFET的开发。另外，三菱电机第三代SiC MOSFET采用SBD嵌入式MOSFET，将在下一章节进行介绍。图3显示了正在开发的沟槽栅SiC MOSFET结构，采用离子注入技术，形成独特的MOS元胞结构。其特点是，在高电场容易集中的沟槽底部，进行p型离子注入（BPW：bottom p-well）来降低电场强度，对沟槽侧壁进行p型和n型离子注入，使BPW的电位保持恒定，确保开关时稳定工作，并降低了电流路径的电阻。因此，三菱电机的沟槽栅SiC MOSFET可实现高可靠性、稳定工作和低导通电阻。图4比较了三菱电机的沟槽栅SiC MOSFET和平面栅SiC MOSFET的导通电阻，可见沟槽栅MOSFET的导通电阻大幅降低。室温下比导通电阻为2mΩ·cm2左右，达到世界先进水平。从图4也可看出，高阈值电压时，沟槽栅SiC MOSFET导通电阻相对平面栅降低的比例更大。这是沟槽栅SiC MOSFET的优点，因为MOS沟道形成在与（0001）面垂直的面上，MOS通道的有效迁移率比较大。三菱电机的沟槽栅MOSFET结构上的特点是离子注入浓度和区域等设计自由度高，因此可以调整各种特性。




三菱电机的第四代沟槽栅SiC MOSFET非常适合要求高阈值电压和低导通电阻的xEV，正计划开发用于xEV的SiC模块作为其首批应用产品。未来，我们将推动沟槽栅SiC MOSFET应用于各种其他用途。