Hitachi, Ltd. ha annunciato oggi lo sviluppo di una struttura a semiconduttore di potenza a risparmio energetico originale, TED-MOS, utilizzando materiale in carburo di silicio (SiC) di nuova generazione che contribuisce al risparmio energetico nei veicoli elettrici (EV). Questo semiconduttore di potenza è un nuovo dispositivo che utilizza un MOSFET a trincea strutturato ad alette basato sul convenzionale DMOS-FET, un transistor SiC di semiconduttore di potenza. Utilizzando questo nuovo dispositivo, è stato confermato un risparmio energetico del 50 per cento in quanto la struttura riduce l'intensità del campo elettrico, un indice di durabilità, del 40 percento e resistenza del 25 percento rispetto al DMOS-FET convenzionale. Hitachi intende applicare questo dispositivo negli inverter di azionamento del motore che sono un componente fondamentale dei veicoli elettrici per aumentare l'efficienza energetica. Per di più, utilizzando questa tecnologia non solo nei veicoli elettrici, ma anche in una gamma di trasduttori elettrici utilizzati nei sistemi di infrastrutture sociali, Hitachi spera di contribuire agli sforzi per ridurre il riscaldamento globale e la realizzazione di una società a basse emissioni di carbonio.

Con il previsto aumento della domanda globale di energia, obiettivi per ridurre il carico ambientale vengono fissati attraverso iniziative come gli SDGs e la COP21 per realizzare una società sostenibile. Poiché si prevede che anche l'adozione di veicoli elettrici aumenterà drasticamente, ridurre il consumo di energia elettrica è considerato critico, Così, l'uso di semiconduttori di potenza che utilizzano il SiC come materiale semiconduttore che può fornire risparmi energetici significativi per gli inverter, sta attirando molta attenzione. Un problema, però, è che nel semiconduttore di potenza SiC, a differenza dei dispositivi al silicio (Si), la resistenza varia molto a seconda del piano cristallino. Sebbene trench SiC MOSFET (Fig. 1 (2)) sia stato proposto come mezzo per facilitare il flusso di corrente elettrica sul piano cristallino a una resistenza inferiore rispetto alla struttura DMOS-FET convenzionale (Fig. 1 (1)) , poiché i campi elettrici si concentrano facilmente ai bordi della trincea sul piano di base, era difficile ottenere contemporaneamente un'elevata durabilità.

Per affrontare questa sfida, Hitachi ha sviluppato un'originale trincea con struttura ad alette DMOS-FET "TED-MOS" che ha ottenuto sia una riduzione della resistenza con il passo della trincea più piccolo che un'elevata durata con campi elettrici inferiori per applicazioni industriali ad alta tensione (3,3 kV), e ha presentato questi risultati nel maggio 2018 all'International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD) a Chicago, STATI UNITI D'AMERICA..

Questa volta, Hitachi ha migliorato il "TED-MOS" per gli inverter EV poiché richiedono una maggiore densità di corrente a una tensione inferiore (1,2 kV) (Fig. 1(3)). Lo "strato di rilassamento di campo (FRL)" è stato sviluppato per ridurre ampiamente l'intensità del campo elettrico, dove la giunzione PN per rilassare la tensione applicata si forma al centro della struttura del dispositivo. Inoltre, il "current spread layer (CSL)" è stato sviluppato per ridurre la resistenza nella regione n-JFET, che serve a formare il percorso della corrente elettrica che collega i lati delle fosse a forma di aletta come piani di cristallo a bassa resistenza e la regione n-JFET. Di conseguenza, "TED-MOS" raggiunge contemporaneamente sia una minore intensità del campo elettrico che una minore resistenza nei semiconduttori di potenza SiC.

I vantaggi di questo sviluppo tecnologico sono stati verificati utilizzando un dispositivo prototipo. È stato riscontrato che il "TED-MOS" ha ridotto l'intensità del campo elettrico del 40% e la resistenza del 25% rispetto al DMOS-FET convenzionale mantenendo la tensione nominale di 1,2 kV richiesta per l'azionamento del motore nei veicoli elettrici. Per di più, la struttura modificata del dispositivo sopra menzionata ha anche migliorato le velocità di commutazione tra ON/OFF del semiconduttore di potenza, e come risultato, Anche la perdita di energia nella corrente elettrica dovuta a questa operazione di commutazione è stata ridotta del 50 percento.

Andando avanti, Hitachi contribuirà alla prevenzione del riscaldamento globale e alla realizzazione di una società a basse emissioni di carbonio applicando questa tecnologia a vari trasduttori elettrici, non solo nei veicoli elettrici, ma anche in vari sistemi di infrastrutture sociali.