Nouveaux MOSFET SiC de 4e génération présentant la résistance à l’état passant la plus basse de l’industrie

La conception avancée devrait être largement adoptée dans les principaux onduleurs de traction de VE.

ROHM annonce la la mise en point de la 4ème génération 1200V SiC MOSFET, optimisée pour les groupes motopropulseurs automobiles, y compris l’onduleur d’entraînement principal, ainsi que pour les alimentations électriques pour les équipements industriels.

Ces dernières années, le foisonnement des véhicules électriques de nouvelle génération (VEx) a accéléré le développement de systèmes électriques plus petits, plus légers et plus efficaces. En particulier, l’amélioration de l’efficacité tout en réduisant la taille de l’onduleur principal – qui joue un rôle central dans le système d’entraînement – reste l’un des principaux défis, nécessitant des progrès plus poussés dans les composants électroniques.

La capacité de la batterie embarquée augmente pour améliorer l’autonomie de croisière des véhicules électriques. Parallèlement à cela, l’utilisation de batteries à haute tension (800 V) progresse pour répondre à la demande de temps de charge plus brefs.

Pour relever ces différents défis, les concepteurs ont urgemment besoin de composants de puissance SiC capables de fournir une haute tension de tenue avec de faibles pertes. ROHM, un pionnier du SiC, a dès 2010 commencé la production en masse de SiC MOSFET, en avance sur le reste de l’industrie. Dès le début, ROHM a renforcé sa gamme très étoffée pour y inclure des produits qualifiés AEC-Q101 permettant à la société de détenir une grande part du marché des chargeurs embarqués pour automobiles.

Pour les semiconducteurs, il y a souvent un compromis à trouver entre une résistance à l’état passant et un temps de tenue aux courts-circuits, ce qui est nécessaire pour trouver un équilibre permettant d'obtenir des pertes plus faibles des MOSFET SiC. ROHM a su améliorer cette relation de compromis et réduire la résistance à l’état passant par unité de surface de 40 % par rapport aux produits conventionnels – sans sacrifier le temps de résistance aux courts-circuits en améliorant encore une structure à double tranchée originale. De plus, la réduction significative de la capacitance parasitique (ce qui est un problème durant la commutation) rend possible de réaliser une perte de commutation 50 % plus basse en comparaison avec notre génération précédente de MOSFET SiC.

Par conséquent, les nouveaux MOSFET SiC de 4e génération de ROHM sont capables de fournir une faible résistance à l’état passant avec des performances de commutation haute vitesse, contribuant à une plus grande miniaturisation et une consommation de courant plus basse dans de nombreuses applications, y compris les onduleurs automobiles et les alimentations de puissance de commutation. Des échantillons de puces nues sont disponibles depuis juin 2020, avec des boîtiers discrets disponibles dans un proche avenir.

Dans une prochaine étape, ROHM s’engage à continuer à étendre sa gamme d’appareils d’alimentation SiC tout en combinant les technologies de modularisation avec des appareils périphériques comme des circuits imprimés de contrôle conçus pour maximiser les performances afin de contribuer à l’innovation technologique dans les véhicules de génération suivante. Dans le même temps, ROHM fournira des solutions résolvant les problèmes des clients, y compris des outils de simulation basés sur le Web qui réduisent les heures de travail de développement d’applications et aident à prévenir les problèmes d’évaluation.

Fonctions clés

1) Une structure « trench » améliorée offre la plus faible résistance à l’état passant de l’industrie

En 2015, ROHM a commencé la production en masse des premiers MOSFET SiC de l’industrie du type « trench » utilisant une structure originale. À présent, ROHM a significativement réduit de 40 % la résistance à l’état passant par rapport aux produits conventionnels sans sacrifier le temps de tenue aux courts-circuits en continuant à améliorer sa structure à double tranchée originale.




2) Des pertes de commutation plus basses en réduisant significativement la capacitance parasitique

Généralement, des résistances à l’état passant plus basses et des courants plus importants tendent à augmenter les différentes capacitances parasitiques dans les MOSFET, ce qui peut inhiber les caractéristiques de commutation haute vitesse inhérentes au SiC. Cependant, ROHM a été en mesure de réaliser des pertes de commutation 50 % plus basses par rapport aux produits conventionnels en réduisant significativement la capacitance grille-drain (Cgd).




La terminologie en un coup d’œil :

Les MOSFET (transistors à effet de champ à oxydes métalliques) sont la structure la plus souvent utilisée dans les FET. Ils sont souvent adoptés comme éléments de commutation.

La tenue aux courts-circuits indique le temps qu’il faut à un MOFSET pour tomber en panne à cause d’un court-circuit. Normalement, lorsqu’un court-circuit se produit, un courant important dépassant la cote maximale s’écoule. Cela peut conduire à une production anormale de chaleur, à une fuite thermique et – en fin de compte – sa destruction. Des temps de résistance aux courts-circuits plus longs sont dans une relation de compromis avec des caractéristiques de performances plus élevées, comme la résistance à l’état passant.

Structure à double tranchée (double trench) C’est la structure de tranchée originale de ROHM. Malgré l’efficacité démontrée de l’adoption d’une structure de tranchée sur les MOSFET SiC pour réduire la résistance à l’état passant, il était nécessaire d’atténuer le champ électrique généré dans la section de la grille en tranchée afin d’assurer la fiabilité à long terme de l’appareil. Pour y répondre, ROHM a adopté une structure à double tranchée unique minimisant la concentration de champ électrique, lui permettant de devenir en 2015 le premier fournisseur à produire en masse les MOSFET SiC de type « tranchée ».

La capacitance parasitique est la capacitance inhérente se produisant en raison de la structure physique dans les composants électroniques. Dans le cas d’un MOSFET, il y a une capacitance grille-source (Cgs), une capacitance grille-drain (Cgd) et une capacitance drain-source (Cds). La Cgs et la Cgd sont déterminées par la capacitance du film d’oxyde de grille, alors que la Cds est la capacitance de jonction de la diode parasitique.

Structure de tranchée (trench) Le terme « tranchée » renvoie à une excavation étroite ou rainure. Cette conception consiste à former une rainure sur la surface de la puce et la grille sur la paroi latérale du MOSFET. Les résistances JFET n’existent pas par rapport à une configuration MOSFET de type planaire, permettant d’obtenir une structure plus fine que les topologies planaires. Il en résulte une résistance à l’état passant proche des performances originales du matériau SiC.

www.rohm.com

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