電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）電力系統(tǒng)無處不在，近幾年隨著新能源汽車以及清潔能源、儲能等需求增長，功率器件受到了市場更多的關注。8月28至30日在深圳國際會展中心舉行的國際電力元件、可再生能源管理展會PCIM Asia2024上，眾多海內外功率半導體廠商都展示出最新的技術和產品。在本次展會上，電子發(fā)燒友網(wǎng)探訪了東芝半導體的展臺，了解到東芝在大功率器件以及第三代半導體方面的新品和技術。

大功率器件IEGT

東芝在這次展會上展出了其最新的大功率器件IEGT（柵極注入增強型晶體管），在3300V至6500V的規(guī)格內新增了多款產品，以滿足不同客戶、不同應用的需求，包括ST1000GXH35、ST1500GXH35A等型號。
據(jù)東芝電子元件（上海）有限公司技術部副總監(jiān)屈興國介紹，IEGT是東芝在20世紀90年代末注冊的專利名稱，是基于IGBT的一種功率器件技術，主要被用于柔性直流輸配電、列車牽引、高壓變頻器、風力發(fā)電等領域。

在高壓應用中，傳統(tǒng)的IGBT結構所產生的阻斷電壓，會因為發(fā)射極側N基區(qū)的電阻，造成較高的導通損耗。為了解決這個問題，東芝在IGBT的基礎上開發(fā)出柵極注入增強的技術，制造出IEGT。根據(jù)東芝官網(wǎng)的描述，該結構設置了深而寬的溝槽柵電極，所以，穿過發(fā)射極電極的阻抗會變大，將有效抑制載流子的穿越。其結果是會造成載流子蓄積，N 基區(qū)的載流子分布在發(fā)射極電極側將不斷增加。我們把這種載流子的注入蓄積效果稱之為注入增強效果（Injection Enhancement Effect）。采用這種柵結構之后，即使是實現(xiàn)了耐高壓也可有效抑制電壓降的增大，從而降低導通損耗。

在現(xiàn)場展示的大功率IEGT采用PPI壓接式封裝，電壓等級最高達到6500V，最大電流等級達到3000A。而采用PPI壓接式封裝的IEGT共有兩種類型，分別是內置二極管以及不帶二極管的類型，主要差異在于應用對于電流的需求。屈興國舉例，在一個125毫米平臺的PPI封裝中總共有42個小方格，比如中間放了30顆IEGT，其他12個方格放了二極管，那么最大電流可以做到2000A；如果客戶電流需求更大，比如3000A，那么就需要在42個方格中全部放上IEGT芯片，另外在外圍再搭配所需二極管。 對于客戶而言，壓接式封裝器件可能較難使用，針對這個問題，東芝與第三方共同開發(fā)了半橋拓撲的IEGT壓接組件方案，采用了兩顆4.5kV/2kA/內置二極管的壓接式IEGT，該裝置為器件提供5KN左右的壓力，適用于新客戶進行雙脈沖測試，以便客戶能夠快速了解東芝器件的性能，從而縮短開發(fā)周期，具備高可靠性和高效率。

另外東芝還展出了4.5 kV雙柵極RC-IEGT，主要特點是在IEGT模式下可降低關斷損耗，在二極管模式下能減少反向恢復損耗，同時結合柵極控制技術，實際測量值中總開關損耗可降低16%，而導通損耗沒有任何增加。

碳化硅模塊以及內置SBD的碳化硅MOSFET

據(jù)介紹，東芝在碳化硅領域的布局是先做碳化硅模塊再推進單管產品。碳化硅模塊產品量產時間相對較早，目前主要是針對軌道交通等牽引應用。目前東芝量產的碳化硅模塊產品已經覆蓋1200V、1700V、2200V、3300V電壓等級，并采用了一種名為iXPLV的銀燒結技術。

在碳化硅MOSFET上，東芝目前已經迭代到第三代碳化硅MOSFET產品，主要面向充電樁、數(shù)據(jù)中心、新能源發(fā)電、電機等應用。東芝的碳化硅MOSFET與其他公司產品的最大區(qū)別是內置了SBD，而非使用本體PN結二極管。這種結構的優(yōu)勢在于，內置的SBD通態(tài)電壓更低，因此電流會從SBD中通過，從而抑制導通電阻早期的漂移、MOSFET雙極退化、大大提高了器件的可靠性。

在第二代的基礎上，東芝第三代碳化硅MOSFET再通過優(yōu)化單元結構，令代表導通損耗和開關損耗之間關系的性能指標RDS(ON)×Qgd，相比東芝現(xiàn)有的第二代碳化硅MOSFET降低80%。同時東芝第三代碳化硅MOSFET柵源控制電壓范圍是-10至25 V，比其他公司產品的電壓范圍更寬，從而提高了便利了客戶的柵極驅動設計。

對于近年熱門的電動汽車市場，東芝在各種車規(guī)分立器件上一直都有穩(wěn)定的出貨；在碳化硅方面，屈興國表示東芝在國內更加傾向于晶圓銷售的模式，比如將碳化硅晶圓出售給模塊廠商進行封裝，這也是應對目前碳化硅器件市場內卷的一種方式。

小結：

在PCIM Asia2024上可以看到，東芝半導體在傳統(tǒng)的大功率硅基功率器件上持續(xù)保持創(chuàng)新，并應對市場需求不斷推出新的型號，展現(xiàn)出老牌功率半導體廠商的實力；而在第三代半導體方面，東芝半導體也通過器件結構的創(chuàng)新，為市場帶來了差異化產品，滿足了更多不同客戶的需求。隨著清潔能源需求的不斷增長，包括新能源發(fā)電、輸配電、列車牽引等領域將會有更大的市場增長空間，東芝半導體借助功率器件產品上的技術優(yōu)勢，也將會獲得更多市場機會。