功率半导体技术最新的SJ-MOSFET技术，它仍然可以竞争宽带隙吗？
现在，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）产品都在市场上产生影响，很容易认为电力电子器件中不再存在硅（SI）的位置。这些宽带隙（WBG）材料提供的优点使SI基于SI的设备过时。虽然几乎是肯定的，即在未来十年中，SI的市场份额相对于WBG将减少，但似乎很快就会消失。
TechInsights的电力专家们认为（SIC）和氮化镓（GaN）产品显示膨胀系统设计应用，如：
- 日期中心（服务器电源等）
- 光伏发电机的电源调节器
- 不间断电源
- 汽车
- 车载充电
- 逆变器
- 工业电机驱动
- 可再生能源
- 太阳能逆变器
- 开关电源
TechInsights计划对该设备和宽带隙技术进行分析。
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碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）产品与硅（Si）技术
我们最近分析了Toshiba的最新“DTMOS VI”超结（SJ）MOSFET，即tk065u65z.在TOLL包与开尔文源。Power Essentials Summary可以在TechInsights平台上找到。该设备的额定电压为650v，电流为38a，温度为25℃，导通电阻为R达森由东芝引用的51mΩ。将其转换为特定的导通电阻（r达森*A)从我们的模具测量，这给16.81 mΩ.cm2．
Toshiba DTMOS VI'超结（SJ）MOSFET，TK065U65Z成像和规格
图1显示了设备MOSFET阵列的横截面，这看起来像标准的垂直MOSFET设计。只有在图2中看，显示出相对掺杂剂浓度的SJ结构可以观察到。
图1所示。东芝DTMOS VI SJ-MOSFET的SEM截面图像
图2. TOSHIBA DTMOS VI SJ-MOSFET的扫描电容显微镜（SCM）图像细节相对掺杂剂浓度
与DTMOS IV比较
2013年，我们分析了东芝TK31J60W A 600 V，31 A在25°C SJ-MOSFET中，也在DTMOS IV生成中，也在Power Essentials报告中。r.达森*从我们的模具测量这个装置给18.54 mΩ。Cm2，大约比新设备高10%。
尽管在结构上大体相似，但两代人之间最明显的区别是:
- 较旧的DTMOS IV器件具有相对于平面的沟槽栅。
- 信元布局与DTMOS IV设有一维条纹而不是在DTMOS VI具有平行布置的封闭小区的不同。
图3示出了通过将p阱突出到N型漂移区的DTMOS IV器件的栅极，该通道沿垂直在p阱界面与沟槽形成。在DTMOS VI的情况下，栅极位于在Si管芯的顶部，重叠P型柱的边缘，以形成沿着所述表面的水平通道。
这里有几个对比的变化：
- 采用沟槽设计往往会增加电池的填充密度。这可能会让我们相信更高的电流密度和潜在的更低的R达森* A应该出现在早期的一代中。
- 相反，DTMOS VI器件的细胞布局是闭孔设计的细胞布局在模具上提供了更多的通道区域。
图3. TOSHIBA DTMOS IV SJ-MOSFET的扫描电容显微镜（SCM）图像细节相对掺杂剂浓度
明显的东芝已经决定平面布局更适合。DTMOS VI确实具有下r达森* A，因此在这种情况下，单元布局必须取代由沟槽设计使能的填充密度。他们选择这一点的确切原因很难确定，但有几个因素可能在游戏中：
- 沟槽设计倾向于具有更复杂的制造过程，具有较高的光刻掩模计数。对准到电荷平衡柱也至关重要，但也适用于平面结构。
- 具有可靠性和切换的折衷可能是一个因素，沟槽角落的高电场可能构成挑战，因为对于开关SJ-MOSFET自然具有大电容，因此需要仔细平衡所有相关的设备度量，以确保效率和可靠的操作。特别是由于这些最新设备在收费封装中，转机和关闭切换损耗的减少超过50％。
宽带隙（WBG）替代品的竞争力
在650 V级功率半导体器件的竞争非常激烈，并且被设置成为更是如此。在汽车市场机遇的意思是每材料和制造商正在试图获得独特的解决方案的优势。虽然碳化硅和氮化镓自然坐在这个电压等级它是SJ概念，允许硅达到这一水平。电荷平衡列在反向偏置下的MOSFET漂移区内消除电荷，允许较重的漂移区掺杂给予较低和竞争ř达森价值观。
那么r如何如何达森*东芝DTMOS VI堆积在WBG竞争对手上？图4显示了r的图达森*如我们最新的Power Essentials分析师简报所示，A vs.击穿电压，可在TechInsights平台获取。黄色星号的器件是DTMOS VI，蓝色圆圈代表各种电压等级的SiC mosfet。
显然，在这种指标上，它无法竞争，我们已经观察到600 V SI SJ-MOSFET，低至14mΩ.cm2然而在我们的电力技术路线图如图所示，很难设想低于10mΩ.cm任何SJ-MOSFET浸渍2通过缩放这些设备的限制。
虽然仍然可以真正保持竞争力的地方成本。这些装置通常在8“甚至12英寸晶片上制造。SIC仍然仅在6“基板上具有更昂贵的起始材料和器件制造成本的体积制造。所以，虽然WBG在性能竞赛中提前拉动，但是设备制造的成本等价才能真正将硅的未来造成疑问。
图4. r的比较达森*东芝sj - mosveet与SiC MOSFET的竞争对手
参考文献
- Toshiba发布650V超级结功率mosfet (东芝网站2021年)。
- TOSHIBA DTMOS VI TK065U65Z 650 V超级交联功率FET强力要素摘要（pef - 2103 - 801）TechInsights，2021。
- 东芝宣布下一代功率mosfet超级结技术(东芝网站2012年)。
- TOSHIBATK31J60W 600 V超级枢纽MOSFET - 流程评论报告（PPR-1212-901）TechInsights，2013。
- 功率半导体三年度简报 - Vol。3号1（BRF-2101-802）TechInsights，2021。
- 电源技术路线图（TechInsights.2021年)。
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