Le nouveau MOSFET SiC d'Onsemi

Le carbure de silicium (SiC) est un semi-conducteur à large bande interdite analogue au diamant, offrant des propriétés électriques similaires permettant des fréquences de commutation plus élevées, des pertes de puissance plus faibles et des densités de puissance plus importantes.

Le MOSFET SiC planaire EliteSiC 1200 V d'Onsemi est maintenant échantillonné dans un boîtier TO-247-4L standard de l'industrie et se targue d'une réduction des pertes de conduction et d'extinction par rapport aux générations précédentes, offrant une résistance de 11mO.

Petite taille

Les semi-conducteurs de puissance d'Onsemi offrent aux concepteurs une sélection variée d'options d'encombrement et de tension nominale, et leur technologie au carbure de silicium (SiC) offre des vitesses de commutation plus rapides avec des pertes de conduction réduites par rapport aux commutateurs de puissance au silicium traditionnels.

Les circuits de gestion de l'énergie pour les onduleurs de traction des véhicules électriques, les chargeurs embarqués et les convertisseurs DC-DC s'appuient généralement sur des MOSFET SiC et des diodes pour des performances optimales. Le MOSFET SiC planaire EliteSiC 1200 V réduit les pertes de conduction et d'extinction de 30% avec une faible résistance d'enclenchement de 11mO, ce qui se traduit par un rendement plus élevé, des fréquences de fonctionnement plus rapides, une plus grande puissance de sortie et une réduction des émissions EMI.

Le TBL045N065SC1 se présente dans un boîtier TOLL et répond aux normes Pb, Halogène et BFR avec une sensibilité à l'humidité de niveau 1 (MSL 1), ce qui le rend adapté aux applications exigeantes telles que les onduleurs solaires, les alimentations de serveurs et de télécommunications, les alimentations sans coupure (UPS) et le stockage de l'énergie. Comme Onsemi est l'un des seuls fournisseurs de semi-conducteurs de puissance SiC intégrés verticalement avec des processus internes de croissance de billes, de fabrication de substrats, d'épitaxie et de fabrication de dispositifs, onsemi peut rapidement fournir des offres supplémentaires. Le dernier dispositif d'Onsemi offre un emballage plus petit de 60% par rapport à son prédécesseur en silicium, aidant les clients à répondre aux normes d'efficacité ErP et 80 PLUS Titanium.

Haute efficacité

Les semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC) peuvent contribuer à améliorer l'efficacité des systèmes et à réduire les coûts, en particulier pour les applications à haute puissance telles que le chargement des véhicules électriques (EV), les entraînements industriels et les alimentations électriques, les centres de données ou le chargement à bord des véhicules électriques (EV). Même de petites améliorations de l'efficacité des systèmes peuvent avoir des résultats spectaculaires : par exemple, l'amélioration d'un onduleur pour véhicules électriques de seulement un point de pourcentage pourrait permettre de parcourir 4 milliards de kilomètres de plus par an, tandis que l'amélioration de l'onduleur pour les centres de données pourrait permettre d'économiser $650 millions d'euros par an rien que sur les coûts de l'électricité !

Avec une tension de blocage de 1200 V, les MOSFET SiC sont capables de fournir un courant plus élevé dans des empreintes plus petites tout en gérant la chaleur plus efficacement que les transistors de puissance au silicium traditionnels. Leur résistance à l'enclenchement drain-source (RDS(on)) inférieure à 1mO leur permet de fournir un courant plus élevé avec des émissions de bruit réduites, tandis que leur diode de corps à récupération douce minimise le courant de récupération inverse pour une minimisation du courant de récupération inverse ainsi qu'une minimisation du courant de récupération inverse et une réduction du bruit de sonnerie, tandis que leur structure de grille isolée empêche la charge de se décharger dans leur corps pour réduire les pertes de commutation et les émissions de bruit.

Dans les applications à commutation dure, le MOSFET EliteSiC 1200 V peut réduire la perte de puissance de 20% par rapport aux principaux concurrents, ce qui permet aux concepteurs de fonctionner à des fréquences de commutation plus élevées tout en utilisant des composants passifs plus petits et en réduisant le coût global du système. En outre, ses performances de commutation rapide et ses faibles pertes de conduction font de ce dispositif une solution idéale pour les applications à grande vitesse.

Haute fiabilité

Alors que le MOSFET de puissance SiC poursuit son ascension rapide dans les applications, les premiers utilisateurs expriment souvent des inquiétudes quant à sa fiabilité. Des études indiquent que le SiC est extrêmement robuste, mais qu'il nécessite toujours des tests rigoureux dans des conditions sévères afin d'évaluer ses performances sous l'effet du courant, des interférences électromagnétiques, des fluctuations de température, etc. Ces évaluations permettent aux concepteurs de mieux concevoir des circuits qui maximisent les performances et réduisent les coûts.

Les ingénieurs d'Infineon ont réussi à réduire le taux de défaillance des dispositifs SiC en les soumettant à des tensions élevées. Ce processus de criblage consiste à appliquer des tensions successives supérieures d'un V à la tension précédente ; leurs tensions de seuil sont ensuite mesurées et leur rapport avec la tension d'utilisation de la grille recommandée sur les fiches techniques est utilisé pour calculer les facteurs de réduction du taux de défaillance.

Les problèmes de fiabilité associés aux MOSFET SiC emballés soumis à des cycles d'alimentation restent également d'actualité. Bien qu'elle ne soit pas aussi extrême, la dégradation due au piégeage des charges à l'interface SiC/SiO2 entraîne des variations substantielles de la tension de seuil et du courant direct qui réduisent la durée de vie du dispositif.

Onsemi a récemment dévoilé un MOSFET de puissance SiC de 650 V avec un emballage TOLL qui répond à tous ces critères et plus encore ! Spécialement conçu pour répondre aux exigences rigoureuses des alimentations à découpage, des alimentations de serveurs et de télécommunications, des onduleurs solaires et des alimentations sans interruption, il est également exempt d'halogènes (sans halogène, sans Pb et conforme à la directive RoHS).

Faible résistance à l'enclenchement

Les MOSFET SiC présentent une résistance à l'enclenchement inférieure à celle des dispositifs en silicium (Si), ce qui permet de réduire la taille des boîtiers et de réaliser des économies d'énergie. Leurs temps de commutation plus rapides permettent d'améliorer le rendement et de réduire les pertes de puissance, ainsi que des coefficients de température plus faibles qui les rendent plus fiables que les semi-conducteurs de puissance en silicium.

La résistance à l'enclenchement fait partie intégrante du temps de résistance aux courts-circuits pour les applications à courant élevé, en particulier pour les dispositifs SiC à longue résistance à l'enclenchement et lorsqu'ils sont connectés directement à des sources de tension de drain et de source. Un dispositif SiC présentant une résistance à l'enclenchement trop élevée prolonge le temps nécessaire pour que la tension de commande de sa grille atteigne la saturation et déclenche un effet d'avalanche, ce qui peut entraîner une rupture de la couche d'oxyde de silicium (Si) qui sépare le drain et la source.

L'un des moyens de réduire la résistance à l'enclenchement est de rendre les circuits intégrés de commande de grille plus robustes, ce qui permet d'éviter d'endommager les dispositifs. UnitedSiC a produit des FET SiC présentant la plus faible résistance à l'enclenchement de l'industrie. Leur dispositif UJ4SC075006K4S de quatrième génération, par exemple, présente une résistance à l'enclenchement de 6 mOhm et peut supporter une tension nominale de 750 V avec une fonction de dé-sat intégrée qui s'intègre de manière transparente dans les circuits d'attaque standard.

Toshiba a développé une structure de dispositif qui réduit considérablement la résistance à l'enclenchement en diminuant la résistance du JFET et la résistance à l'étalement, avec RonA réduit de 43% et Ron*Qgd de 80% par rapport à leurs produits de deuxième génération, ainsi qu'en ajoutant une région de diffusion p plus large pour réduire la capacité de rétroaction et la résistance du JFET.