同時具備MOSFET和IGBT優勢的混合金属氧化物半导体

本文介紹ROHMROHM罗姆命名為混合金属氧化物半导体的,同時具備MOSFET和IGBT兩者優勢的MOSFET。產品位於下圖最下方紅色框內。

同時具備MOSFET和IGBT優異特性的混合金属氧化物半导体GN系列

混合金属氧化物半导体是同時具備超接合面MOSFET(以下簡稱SJ MOSFET)的高速開關和低電流時的低導通電阻,IGBT的高耐壓和大電流時的低導通電阻這些優異特性的新結構MOSFET。

下面為IGBT、MOSFET SJ、混合金属氧化物半导体的特長比較圖。

如vi特性所示,混合金属氧化物半导体在低電流範圍具有與SJ MOSFET基本相同的良好特性。在大電流範圍斜率陡升,可流過更多的電流。這表示該範圍的導通電阻比SJ MOSFET低,雖然不能說是與IGBT同等,但混合金属氧化物半导体大大改善了SJ MOSFET大電流範圍的特性。

5個專案分5個等級進行評估的稍詳細的比較圖。從圖中清晰可知,混合金属氧化物半导体具備全能型特性。

在與IGBT的比較中,開關特性與SJ MOSFET同樣優異。

混合金属氧化物半导体可高速開關,而這是IGBT的弱點。只要能提高開關頻率的速度,即可減少組成電路的電感和電容的值和尺寸。

另外,沒有損耗要因之一的尾電流。而對於IGBT來說,導通時的尾電流是重要的探討事項。

基於市場需求的研發背景

近年來,隨著省能源法的修訂,家電產品開始用更接近實際使用狀態的能效標準APF(年度绩效因素)來標示。以空調為例,要改善APF,其中一個關鍵要點是提高室溫穩定的正常動作狀態,即低負載時的效率,因此,低電流範圍效率較高的SJ MOSFET更有利,而在急速製冷時等高負載時,SJ MOSFET效率發揮不充分時居多,故使用IGBT的例子不在少數。然而,IGBT在低負載時的效率較差,從APF的角度看,需要尋求在整個範圍效率均高的解決方案.Hybrid MOS就是基於這個背景研發而成的MOSFET。

下圖是在空調的PFC電路中評估混合金属氧化物半导体,SJ MOSFET、IGBT效率的例子。

效率曲線表示前面介紹的各電晶體的特長.Hybrid MOS在低負載時實現了遠超IGBT的效率,而且在高負載時保持了與IGBT同等的效率。

這是空調的例子,這款混合金属氧化物半导体的特長在其他很多設備中也同樣表現非凡。對比使用現有IGBT的應用以及使用SJ MOSFET的應用,混合金属氧化物半导体的定位如下所示。下圖表示不同功率和開關頻率每種電晶體的覆蓋範圍。

如圖所示,混合金属氧化物半导体的紅色框內與各電晶體重疊的區域,可直接用混合金属氧化物半导体替代。另外,紅色框內未重疊的區域,是未來可能擴展的改進空間。基於SJ MOSFET的應用,可直接利用基本特性提高功率。基於IGBT的應用,作為IGBT可用來提高功率較低的應用的效率,以及高速化=小型化。

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