①SiC-SBD（碳化硅肖特基勢(shì)壘二極管）：性能提升的第二代產(chǎn)品陸續(xù)登場(chǎng)

SiC‐SBD于2001年首次在世界上批量生產(chǎn)以來(lái)，已經(jīng)過(guò)去10多年。羅姆從2010年開(kāi)始在日本國(guó)內(nèi)廠商中首次批量生產(chǎn)SiC-SBD，并且已經(jīng)在各種機(jī)器中得到采用。與以往的Si-FRD（快速恢復(fù)二極管）相比，SiC-SBD可以大幅縮短反向恢復(fù)時(shí)間，因此恢復(fù)損耗可以降低至原來(lái)的三分之一。充分利用這些特性，在各種電源的PFC電路（連續(xù)模式PFC）和太陽(yáng)能發(fā)電的功率調(diào)節(jié)器中不斷得到應(yīng)用。

另外，羅姆備有耐壓600V、1200V的SiC-SBD產(chǎn)品線。并且將相繼銷售性能升級(jí)的第二代SiC-SBD。第二代SiC-SBD與以往產(chǎn)品相比，具有原來(lái)的短反向恢復(fù)時(shí)間的同時(shí)，降低了正向電壓。通常降低正向電壓，則反向漏電流也隨之增加。羅姆通過(guò)改善工藝和元器件結(jié)構(gòu)，保持低漏電流的同時(shí)，成功降低了正向電壓。正向上升電壓也降低了0.1~0.15V，因此尤其在低負(fù)載狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間工作的機(jī)器中效率有望得到提高。

②SiC-MOSFET：有助于機(jī)器節(jié)能化、周邊零部件小型化發(fā)展

相對(duì)于不斷搭載到各種機(jī)器上的SiC-SBD，SiC-MOSFET的量產(chǎn)化，在各種技術(shù)方面顯得有些滯后。2010年12月，羅姆在世界上首次以定制品形式量產(chǎn)SiC-MOSFET。而且，從7月份開(kāi)始，相繼開(kāi)始量產(chǎn)1200V耐壓的第二代SiC-MOSFET “SCH系列”、“SCT系列”。

以往SiC-MOSFET由于體二極管通電引起特性劣化(MOSFET的導(dǎo)通電阻、體二極管的正向電壓上升），成為量產(chǎn)化的障礙。然而，羅姆改善了與結(jié)晶缺陷有關(guān)的工藝和器件結(jié)構(gòu)，并在2010年量產(chǎn)時(shí)克服了SiC-MOSFET在可靠性方面的難題。

1200V級(jí)的逆變器和轉(zhuǎn)換器中一般使用Si材質(zhì)IGBT。SiC-MOSFET由于不產(chǎn)生Si材質(zhì)IGBT上出現(xiàn)的尾電流（關(guān)斷時(shí)流過(guò)的過(guò)渡電流），所以關(guān)斷時(shí)開(kāi)關(guān)損耗可以減少90%，而且可實(shí)現(xiàn)50kHz以上的驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)頻率。

因此，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器的節(jié)能化及散熱片、電抗器和電容等周邊元器件的小型化、輕量化。特別對(duì)于以往的Si材質(zhì)IGBT，開(kāi)關(guān)損耗比導(dǎo)通損耗高，在這種應(yīng)用中進(jìn)行替換，將具有良好效果。

③“全SiC”功率模塊：100kHz以上高頻驅(qū)動(dòng)、開(kāi)關(guān)損耗降低

現(xiàn)在，1200V級(jí)的功率模塊中，Si材質(zhì)IGBT和FRD組成的IGBT模塊被廣泛應(yīng)用。羅姆開(kāi)發(fā)了搭載SiC-MOSFET和SiC-SBD的功率模塊(1200V/100A半橋結(jié)構(gòu)，定制品)以替換以往的硅材質(zhì)器件，并從3月下旬開(kāi)始量產(chǎn)、出貨。通用品(1200V/120A半橋結(jié)構(gòu))也將很快量產(chǎn)。

作為替換硅材質(zhì)器件，搭載SiC-MOSFET和SiC-SBD的模塊，可實(shí)現(xiàn)100kHz以上的高頻驅(qū)動(dòng)?？纱蠓档虸GBT注5尾電流和FRD注6恢復(fù)電流引起的開(kāi)關(guān)損耗。因此，通過(guò)模塊的冷卻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化（散熱片的小型化，水冷卻、強(qiáng)制空氣冷卻的自然空氣冷卻）和工作頻率高頻化，可實(shí)現(xiàn)電抗器和電容等的小型化。

另外，由于開(kāi)關(guān)損耗低，所以適于20kHz及更高開(kāi)關(guān)頻率的驅(qū)動(dòng)，在此情況下，也可以用額定電流120A的SiC模塊替換額定電流200-400A的IGBT模塊。

今后：羅姆將全面推動(dòng)SiC元器件的普及

相對(duì)于已經(jīng)具有大量采用實(shí)績(jī)的SiC-SBD而言，SiC-MOSFET和全SiC功率模塊的真正采用現(xiàn)在才開(kāi)始。相對(duì)以往硅材質(zhì)器件的性能差別和成本差別的平衡將成為SiC器件真正普及的關(guān)鍵。羅姆在兩個(gè)方面進(jìn)行著技術(shù)開(kāi)發(fā)：①基于SiC電路板大口徑化，降低SiC器件成本 ②相對(duì)硅材質(zhì)器件，開(kāi)發(fā)在性能上具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的新一代SiC器件。今后，羅姆將通過(guò)擴(kuò)大普及SiC器件 ，助力于全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減少CO２的排放

第二章 羅姆在“GaN”功率元器件領(lǐng)域的前沿探索

GaN功率元器件是指電流流通路徑為GaN的元器件。“GaN”曾被作為發(fā)光材料進(jìn)行過(guò)研究，現(xiàn)在仍然作為已普及的發(fā)光二極管(LED)照明的核心部件藍(lán)色LED用材料廣為使用。同時(shí)，還有一種稱為“WBG”的材料，與發(fā)光元件應(yīng)用幾乎同一時(shí)期開(kāi)始研究在功率元器件上的應(yīng)用，現(xiàn)已作為高頻功率放大器進(jìn)入實(shí)用階段。

GaN與Si和SiC元件的不同之處在于元件的基本“形狀”。圖1為使用GaN的電子元器件的一般構(gòu)造。晶體管有源極、柵極、漏極3個(gè)電極，Si和SiC功率元器件稱為“縱向型”，一般結(jié)構(gòu)是源極和柵極在同一面，漏極電極在基板側(cè)。GaN為源極、柵極、漏極所有電極都在同一面的“橫向型”結(jié)構(gòu)。在以產(chǎn)業(yè)化為目的的研究中，幾乎都采用這種橫向型結(jié)構(gòu)。

之所以采用橫向型結(jié)構(gòu)，是因?yàn)橄Ｍ麑⒋嬖谟贏lGaN/GaN界面的二維電子氣(2DEG)作為電流路徑使用。GaN既是具有自發(fā)電介質(zhì)極化(自發(fā)極化)的晶體，也是給晶體施加壓力即會(huì)重新產(chǎn)生壓電極化(極化失真)的壓電材料。AlGaN與GaN在自發(fā)極化存在差別，由于晶格常數(shù)不同，如果形成如圖1中的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)，為了匹配晶格常數(shù)，晶體畸變，還會(huì)發(fā)生極化失真。因這種無(wú)意中產(chǎn)生的電介質(zhì)極化之差，如圖2所示，GaN的禁帶向AlGaN下方自然彎曲。因此，其彎曲部分產(chǎn)生2DEG。由于這種2DEG具有較高的電子遷移率(1500 cm2/Vs左右)，因此可進(jìn)行非常快的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。但是，其另外一面，相反，由于電子流動(dòng)的路徑常時(shí)存在，因此成為柵極電壓即使為0V電流也會(huì)流過(guò)的稱為“常開(kāi)型(normally-on)”的元件。

正如之前所提及的，對(duì)WBG材料的最大期待是提高耐壓性能。由于SiC基本可以實(shí)現(xiàn)與Si相同的縱向型結(jié)構(gòu)，因此發(fā)揮材料特性的耐壓性能得以提升。但是，GaN則情況不同。圖1所示的橫向型結(jié)構(gòu)較難提升耐壓性能，這一點(diǎn)通過(guò)Si元件既已明了，只要GaN也采用圖1的結(jié)構(gòu)，物理特性上本應(yīng)實(shí)現(xiàn)的耐壓性能就很難發(fā)揮出來(lái)。但是，本來(lái)對(duì)WBG材料的期待就是耐壓特性，因此，發(fā)布的GaN元器件多為耐壓提升產(chǎn)品。但是，提升耐壓性能的方法基本上只能通過(guò)增加?xùn)艠O/漏極間的距離，而這樣芯片就會(huì)增大，芯片增大就意味著成本上升。

只要采用圖1的結(jié)構(gòu)，GaN功率元器件的特點(diǎn)不僅是耐壓性能，還有使用２DEG的高速電子遷移率而來(lái)的高頻動(dòng)作性能。因而，GaN晶體管常被稱為GaN-HEMT注7。