比類のない信頼性と品質

私たちの全体的な目標は、炭化ケイ素MOSFETが提供する低RDS(on)と、デバイスが安全な酸化物電界強度条件で動作するゲートドライブモードを組み合わせることです。それゆえ、欠陥密度の高い平面から離れて、より好ましい表面配向へと移行するトレンチベースのデバイスに焦点を当てることを決定しました。後者は、低酸化物フィールドでの低チャネル抵抗を可能にします。これらの境界条件は、シリコンパワー半導体の世界で確立された品質保証方法論を移行するためのベースラインであり、産業用および車載用アプリケーションで期待されるFIT率を保証します。

SiCデバイスは、Siデバイスと比較して、ブロッキングモードではるかに高いドレイン誘起電界で動作します(kVではなくMV)。したがって、オン状態とオフ状態の酸化物の高電界は、摩耗を加速させる可能性があります。オフ状態には深いp領域による応力保護が採用され、オン状態には、薄い酸化物の残りの外部酸化膜欠陥をスクリーニングするための限界を回避するために厚い酸化物が使用されます。

CoolSiCテクノロジー
CoolSiCテクノロジー
CoolSiCテクノロジー

CoolSiC™ MOSFET のセル構造

CoolSiC™ MOSFET のトレンチコンセプトは、ボディダイオードの動作に最適化されています。 ゲートトレンチの底に p+ 領域に埋め込むことで、ボディダイオードの面積を拡大しています。

CoolSiC™ MOSFETセルの設計は、信頼性を維持するために、オン状態とオフ状態の両方でゲート酸化膜の電界を制限するように開発されました。さらに、すべてのバリエーションで、大量生産でも安定して再現性のある低オン抵抗が達成されます。さらに、すべてのバージョンにおいて、量産時でも安定した再現性のある低オン抵抗を実現しています。ゲート駆動電圧 VGS = 15 V と高い閾値電圧 Vth = 4.5 Vを保証しており、これはSiCトランジスタ分野においてベンチマークとなる特性です。

CoolSiC™ MOSFET のセル構造
CoolSiC™ MOSFET のセル構造
CoolSiC™ MOSFET のセル構造

CoolSiC™は、トレンチSiC MOSFET技術のパイオニアの代名詞です。インフィニオンは、WBGの分野でも、イノベーションとテクノロジーのリーダーシップを追求し続けていることを改めて示しています。私たちは、提供するもの、およびそれを提供する方法によって、業界において差別化されています。

CoolSiC™ MOSFETは、スイッチング動作と総損失の点で優れた性能を特長としています。強調すべきことの一つは、ゲートバイアスがゼロでデバイスをオフにできることであり、これにより、CoolSiC™トランジスタのコンセプトは、現時点で市場で唯一の真の「ノーマルオフ」デバイスとなっています。

優れたゲート酸化膜の信頼性と安定した堅牢なボディダイオードに加えて、現在入手可能なSiC MOSFETと比較した場合、CoolSiC ™ MOSFETの重要な特徴です。

ハードスイッチングトポロジーの場合

  • 高速スイッチング速度で最小のスイッチング損失
  • 寄生ターンオン効果に対する堅牢性(低過電圧/低電圧)により、デザインインが容易
  • 短絡定格 3 μs (例:サーボドライブ

ソフトスイッチング トポロジー

  • スイッチング損失を最小限に抑え、デザインインが容易
  • 0Vターンオフは、0Vターンオフで動作するSJ MOSFET(インフィニオンのCoolMOS™など)の設計経験を持つLLCおよびZVS設計者にとって、重要な適用が可能です

IGBTとは対照的に、CoolSiC™デバイスのような垂直MOSFETは、リバースモード(ボディダイオード経由)での導通を提供します。したがって、フリーホイールダイオードとして使用できます。ただし、SiCのバンドギャップにより、このダイオードのニー電圧は比較的高くなります(約3 V)。

すべてのCoolSiC™ MOSFETは、インフィニオンのSiCモジュールにパッケージ化されているか、インフィニオンのSiCディスクリートポートフォリオに属しているかにかかわらず、ボディダイオードが内蔵されています。追加のショットキーダイオードは必要ありません。

このダイオードは、一般的なフリーホイーリング機能に使用できます。また、ショットキーバリアダイオード(SBD)なしでも使用できます。同期整流(短いデッドタイム後にチャネルをダイオードモードでオンにする)を使用して、導通損失を低く抑える必要があります。

CoolSiC™ MOSFETボディダイオードは、ハードコミュテーションに対応しており、非常に堅牢で、7倍のInom 10 msサージ電流に耐えます。長期的に安定していることが証明されており、データシートの制限を超えてドリフトすることはありません。インフィニオンは、デバイスパラメータ(RDS(on)およびVSD)が動作寿命の間、データシートの制限内に収まるように、以下の事項を遵守しています。

 

  • 欠陥密度を低減するための最適化されたスクリーニングプロセス
  • 低いDPM率を検証する100%最終クリアランステスト(FCT)

より深く理解するための技術文書をご覧ください

より深く理解するための技術文書をご覧ください

CoolSiC™ ショットキーダイオード

インフィニオンは、世界初の商用シリコンカーバイド(SiC)デバイスサプライヤーです。長年の市場での存在感と経験により、信頼性が高く、業界をリードするSiC 特性を提供することができます。SiCとSiの材料特性の違いにより、実用的なSi ユニポーラダイオード (ショットキーダイオード) の製造は、比較的高いオン抵抗とリーク電流で、最大100 V 〜150 V の範囲に制限されています。SiCを使用すると、ショットキーダイオードは、はるかに高い耐圧クラスを達成することができます。インフィニオンのSiC ショットキーダイオード製品のポートフォリオは、600 V および650 V 〜1200 Vクラスをカバーしています。

CoolSiC ショットキーダイオードチャートシステムソリューション
CoolSiC ショットキーダイオードチャートシステムソリューション
CoolSiC ショットキーダイオードチャートシステムソリューション

CoolSiC™ ハイブリッドデバイス

シリコンベースのスイッチとCoolSiC™ショットキーダイオードの組み合わせは、「ハイブリッドソリューション」と呼ばれます。

シリコンIGBTソリューションと比較して、ターンオン損失を低減できます。また、スイッチング周波数の高速化、電流処理能力の向上も実現できます。最高の電力密度と効率は、チップを単独で使用するか、パワーモジュール内のシリコンパワーデバイスと組み合わせて使用することで実現できます。SiCダイオードは、IGBT技術の機能をさらに拡張することを可能にします。

よく知られているEasyPACK™のハイブリッドモジュールは、ブースターと3レベルの構成で提供されます。このポートフォリオは、SiCダイオードとIGBTチップが理想的なペアを形成し、太陽エネルギーシステムなどの対象アプリケーションで利用可能な最高の性能を活用するパワーモジュールで構成されています。

SiCコンポーネントを備えたパワーモジュールの数は、SiCダイオードとシリコントランジスタの組み合わせ、または受賞歴のあるCoolSiC™技術を使用したSiCベースのトランジスタのいずれかを使用して、さらなる部品と共に段階的に拡充されます。

アプリケーションの電力に関係なく、当社のパワーモジュールSiCポートフォリオは、EasyPACK™ 1B/2BのようなパッケージからEasyPACK™ 3Bのようなより大きなパッケージに至るまで、より効率的な設計を可能にします。

CoolSiC™ハイブリッドディスクリートは、650V TRENCHSTOP™ 5 IGBTとCoolSiC™ショットキーダイオードG6という、クラス最高の2つの確立された半導体技術を組み合わせたものです。その結果、炭化ケイ素スイッチと同様の性能を発揮しながら、魅力的な価格で提供されます。

FITレートとゲート酸化膜の信頼性

SiCの場合、FIT率を下げる(ハードフェイルの定量化)場合、次の2つの影響要因を考慮する必要があります。

  • 宇宙線効果(Siデバイスと同じ)
  • ゲート酸化膜の信頼性(酸化膜電界ストレスによる)

宇宙線の安定性は、通常、ドリフトゾーンの電界分布を最適化することによって達成されます。しかし、酸化物のFIT率を下げるためには、電気的に活性な欠陥を効果的にスクリーニングする必要があります。基本的に、Si MOSFETとSiC MOSFETは、デバイスに欠陥関連の不純物、つまり外部欠陥が含まれていない限り、内部酸化物の寿命はほぼ同じです。SiC MOSFETは、Si MOSFETとは対照的に、ゲート酸化膜の外因性欠陥密度がはるかに高くなります。外因性欠損のあるデバイスは、欠陥のないデバイスと比較して早期に故障します。SiC MOSFETのゲート酸化膜の十分な信頼性を保証するための課題は、電気的スクリーニングによって外部刺激の影響を受けるデバイスの数を減らすことです。各デバイスはゲートストレスパターンを受け、重要な外部要因を持つデバイスを破壊します。その結果、効率的なゲート酸化膜スクリーニングを可能にするのは、固有の寿命目標を達成するために通常必要とされるよりもはるかに高い公称酸化膜の厚さであり、ゲート酸化膜のFIT率とデバイス性能との間のトレードオフにつながります。

FITレート構成

適合率
適合率
適合率

SiC技術をさらに向上させるため、インフィニオンは、電気的にスクリーニングされたSiC MOSFETのオン状態の酸化膜の信頼性と、SiCパワーデバイスの電界条件による酸化膜のオフ状態ストレスのテストに多額の投資を行いました。

私たちは主張することができます:

  • ゲート酸化膜の厚さが最適化されているため、当社のゲート酸化膜スクリーニングは、競合するSiC MOSFETメーカーと比較してより効率的です。
  • ライフタイム中のゲート酸化膜の故障率が低く、早期の故障がないことは、顧客側で可能な限り最高のゲート酸化膜品質につながります。

SILTECTRA™ - 革新的なスプリット テクノロジー

Siltectraアニメーション
Siltectraアニメーション
Siltectraアニメーション

2018年、インフィニオンはスタートアップ企業SILTECTRA™を買収し、革新的なレーザーベースの材料分離技術を薄型ウェハー技術のコンピテンシーに統合しました。SILTECTRA™のコールド スプリット技術は、一般的なソーイング技術と比較して、材料の損失を最小限に抑えて結晶性材料を分割します。

SILTECTRA™ COLD SPLITテクノロジーの詳細については、こちらをご覧ください

CoolSiC™技術に関するビデオ

炭化ケイ素は鉄道輸送のイノベーションの推進に貢献できるのか?

今回の「Ask the Expert」では、当社の専門家であるセバスチャンが、炭化ケイ素がどのようにしてより効率的でコンパクトなトラクションコンバーターを可能にし、鉄道輸送の電化と脱炭素化をサポートするかを説明します。

インフィニオンは20年以上にわたり、製品の省エネ、小型化、システム統合、信頼性向上の要求に対応するソリューションの開発の最前線に立ってきました。最も革新的な開発の1つは、一部のデバイスでSiCを主化合物として使用することでした。インフィニオンは、世界初の炭化ケイ素 (SiC) ディスクリート半導体製品のサプライヤーです。SiC技術と商品化における世界的なパイオニアでした。このトレーニングでは、インフィニオンがこの分野で開発した最も成功したソリューションの1つを紹介します。

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持続可能なエネルギーの生成と消費に向けた変革をリードするために、炭化ケイ素技術がこの方向の主要な市場動向に対処するための戦略的な中核にあることをご存知でしょう。そのために、インフィニオンのSiCデバイスを選ぶべき5つの理由をご紹介します。

このビデオでは、お客様の目を通して見たCoolSiC™の利点に焦点を当てています。alpitronic、Tritium、Lite-On、Siemens Mobility、Froniusの事例を交えながら、SiCがエネルギーの生成、貯蔵、消費におけるイノベーションをどのように推進しているかをご紹介します。

炭化ケイ素に関する技術記事

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