Hitachi, Ltd. a annoncé aujourd'hui le développement d'une structure originale de semi-conducteur de puissance à économie d'énergie, TED-MOS, utilisant un matériau en carbure de silicium (SiC) de nouvelle génération qui contribue à économiser l'énergie dans les véhicules électriques (VE). Ce semi-conducteur de puissance est un nouveau dispositif utilisant un MOSFET à tranchée à ailettes basé sur le DMOS-FET conventionnel, un transistor SiC de semi-conducteur de puissance. Grâce à ce nouvel appareil, une économie d'énergie de 50 pour cent a été confirmée car la structure réduit l'intensité du champ électrique, un indice de durabilité, de 40 % et la résistance de 25 % par rapport au DMOS-FET conventionnel. Hitachi a l'intention d'appliquer ce dispositif dans les onduleurs d'entraînement de moteur qui sont un composant essentiel des véhicules électriques pour augmenter l'efficacité énergétique. Par ailleurs, en utilisant cette technologie non seulement dans les véhicules électriques, mais également dans une gamme de transducteurs électriques utilisés dans les systèmes d'infrastructure de la société, Hitachi espère contribuer aux efforts visant à réduire le réchauffement climatique et à la réalisation d'une société à faible émission de carbone.

Avec l'augmentation attendue de la demande mondiale d'énergie, des objectifs de réduction de la charge environnementale sont fixés par le biais d'initiatives telles que les ODD et la COP21 pour réaliser une société durable. Étant donné que l'adoption des véhicules électriques devrait également augmenter considérablement, la réduction de la consommation électrique des véhicules électriques est considérée comme critique, Ainsi, l'utilisation de semi-conducteurs de puissance utilisant le SiC comme matériau semi-conducteur qui peut permettre de réaliser d'importantes économies d'énergie pour les onduleurs, attire beaucoup l'attention. Un problème, cependant, est que dans le semi-conducteur de puissance SiC, contrairement aux dispositifs au silicium (Si), la résistance varie fortement selon le plan du cristal. Bien que le MOSFET SiC en tranchée (Fig. 1 (2)) ait été proposé comme moyen de faciliter la circulation du courant électrique sur le plan cristallin à une résistance inférieure par rapport à la structure conventionnelle DMOS-FET (Fig. 1 (1)) , comme les champs électriques se concentrent facilement sur les bords de la tranchée sur le plan de base, il était difficile d'atteindre simultanément une durabilité élevée.

Pour relever ce défi, Hitachi a développé une tranchée DMOS-FET "TED-MOS" à structure d'ailettes originale qui a permis à la fois une réduction de la résistance avec le pas de tranchée plus petit et une durabilité élevée avec des champs électriques plus faibles pour les applications industrielles à haute tension (3,3 kV), et a présenté ces résultats en mai 2018 au Symposium international sur les dispositifs semi-conducteurs de puissance et les circuits intégrés (ISPSD) à Chicago, ETATS-UNIS..

Cette fois, Hitachi a amélioré le « TED-MOS » pour les onduleurs EV car ils nécessitent une densité de courant plus élevée à une tension inférieure (1,2 kV) (Fig. 1(3)). La "couche de relaxation de champ (FRL)" a été développée pour réduire considérablement l'intensité du champ électrique, où la jonction PN pour détendre la tension appliquée se forme au centre de la structure du dispositif. En outre, la "couche d'étalement de courant (CSL)" a été développée pour réduire la résistance dans la région n-JFET, qui sert à former le chemin de courant électrique reliant les côtés des tranchées en forme d'ailettes en tant que plans cristallins à faible résistance et la région n-JFET. Par conséquent, "TED-MOS" permet d'obtenir simultanément une intensité de champ électrique plus faible et une résistance plus faible dans les semi-conducteurs de puissance SiC.

Les avantages de ce développement technologique ont été vérifiés à l'aide d'un appareil prototype. Il a été constaté que le "TED-MOS" réduisait l'intensité du champ électrique de 40 % et la résistance de 25 % par rapport au DMOS-FET conventionnel tout en maintenant la tension nominale de 1,2 kV requise pour l'entraînement du moteur dans les véhicules électriques. Par ailleurs, la structure de dispositif modifiée mentionnée ci-dessus a également amélioré les vitesses de commutation entre ON/OFF du semi-conducteur de puissance, et comme résultat, la perte d'énergie dans le courant électrique due à cette opération de commutation a également été réduite de 50 pour cent.

Aller de l'avant, Hitachi contribuera à la prévention du réchauffement climatique et à la réalisation d'une société bas carbone en appliquant cette technologie à divers transducteurs électriques, non seulement dans les véhicules électriques, mais aussi dans divers systèmes d'infrastructure sociétale.