science >> Wetenschap >  >> Elektronica

Zeer duurzame siliciumcarbide (SiC) vermogenshalfgeleider TED-MOS voor energiebesparing in elektrische voertuigmotoren

Krediet:Hitachi

Hitachi, Ltd. heeft vandaag de ontwikkeling aangekondigd van een originele energiebesparende halfgeleiderstructuur, TED-MOS, gebruik van de volgende generatie siliciumcarbide (SiC) materiaal dat bijdraagt ​​aan energiebesparing in elektrische voertuigen (EV). Deze vermogenshalfgeleider is een nieuw apparaat dat gebruikmaakt van een geul-MOSFET met vinstructuur op basis van de conventionele DMOS-FET, een SiC-transistor van vermogenshalfgeleider. Met dit nieuwe apparaat, een energiebesparing van 50 procent werd bevestigd omdat de structuur de elektrische veldsterkte vermindert, een index van duurzaamheid, met 40 procent en weerstand met 25 procent vergeleken met de conventionele DMOS-FET. Hitachi is van plan dit apparaat toe te passen in omvormers voor motoraandrijvingen, die een kerncomponent van EV's vormen om de energie-efficiëntie te verhogen. Verder, door deze technologie niet alleen in EV's te gebruiken, maar ook in een reeks elektrische transducers die worden gebruikt in maatschappelijke infrastructuursystemen, Hitachi hoopt een bijdrage te leveren aan inspanningen om de opwarming van de aarde te verminderen en het realiseren van een koolstofarme samenleving.

Met de verwachte toename van de wereldwijde vraag naar energie, Met initiatieven als de SDG's en COP21 worden doelen gesteld om de milieubelasting te verminderen om een ​​duurzame samenleving te realiseren. Aangezien de adoptie van EV's naar verwachting ook drastisch zal toenemen, het verminderen van het stroomverbruik van EV's wordt als cruciaal beschouwd, Dus, het gebruik van vermogenshalfgeleiders die SiC als halfgeleidermateriaal gebruiken, wat aanzienlijke energiebesparingen voor omvormers kan opleveren, trekt veel aandacht. een kwestie, echter, is dat in SiC vermogenshalfgeleider, in tegenstelling tot silicium (Si) apparaten, de weerstand varieert sterk afhankelijk van het kristalvlak. Hoewel geul SiC MOSFET (Fig. 1(2)) is voorgesteld als een middel om de stroom van elektrische stroom op het kristalvlak te vergemakkelijken met een lagere weerstand in vergelijking met de conventionele DMOS-FET (Fig. 1(1)) structuur , aangezien elektrische velden zich gemakkelijk concentreren aan de randen van de greppel op het basisvlak, het was moeilijk om tegelijkertijd een hoge duurzaamheid te bereiken.

Om deze uitdaging aan te gaan, Hitachi ontwikkelde een originele DMOS-FET "TED-MOS" sleuf met vinstructuur die zowel een vermindering van de weerstand bereikte met de kleinere sleufsteek als een hoge duurzaamheid met lagere elektrische velden voor industriële toepassingen bij hoge spanning (3,3 kV), en presenteerde deze resultaten in mei 2018 op het International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD) in Chicago, VS..

Deze keer, Hitachi heeft de "TED-MOS" voor EV-omvormers verbeterd, omdat deze een hogere stroomdichtheid vereisen bij een lagere spanning (1,2 kV) (Fig. 1(3)). De "veldrelaxatielaag (FRL)" is ontwikkeld om de elektrische veldsterkte aanzienlijk te verminderen, waar de PN-overgang om de aangelegde spanning te ontspannen zich vormt in het midden van de apparaatstructuur. In aanvulling, de "current spreading layer (CSL)" is ontwikkeld om de weerstand in het n-JFET-gebied te verminderen, die dient om het elektrische stroompad te vormen dat de zijkanten van de vinachtige geulen verbindt als kristalvlakken met lage weerstand en het n-JFET-gebied. Als resultaat, "TED-MOS" bereikt tegelijkertijd zowel een kleinere elektrische veldsterkte als een lagere weerstand in SiC-vermogenshalfgeleiders.

De voordelen van deze technologische ontwikkeling werden geverifieerd met behulp van een prototype-apparaat. Het bleek dat de "TED-MOS" de elektrische veldsterkte met 40 procent en de weerstand met 25 procent verminderde in vergelijking met de conventionele DMOS-FET, terwijl de nominale spanning van 1,2 kV die nodig is voor de motoraandrijving in EV's behouden blijft. Verder, de hierboven genoemde gewijzigde apparaatstructuur verbeterde ook de schakelsnelheden tussen AAN / UIT van de vermogenshalfgeleider, en als een resultaat, Ook het energieverlies in de elektrische stroom door deze schakelhandeling werd met 50 procent verminderd.

Vooruit gaan, Hitachi zal bijdragen aan het voorkomen van de opwarming van de aarde en het realiseren van een koolstofarme samenleving door deze technologie toe te passen op verschillende elektrische transducers, niet alleen in EV's, maar ook in verschillende maatschappelijke infrastructuursystemen.