パナソニック技報

Similar documents
Microsoft Word - sp8m4-j.doc

電子回路I_4.ppt

SiC 高チャネル移動度トランジスタ

untitled

<4D F736F F F696E74202D208FE393635F928289BB95A894BC93B191CC8CA48B8689EF5F47614E F815B835E5F88F38DFC97702E707074>

untitled

600 V系スーパージャンクション パワーMOSFET TO-247-4Lパッケージのシミュレーションによる解析

Fig. 1. Relation between magnetron anode current and anode-cathod voltage. Fig. 2. Inverter circuit for driving a magnetron. 448 T. IEE Japan, Vol. 11

PowerPoint プレゼンテーション

GaNの特長とパワーデバイス応用に向けての課題 GaNパワーデバイスの低コスト化技術 大面積 Si 上 MOCVD 結晶成長技術 Si 上大電流 AlGaN/GaNパワー HFET GaN パワーデバイスのノーマリオフ動作 伝導度変調を用いたAlGaN/GaNトランジスタ - Gate Inject

mbed祭りMar2016_プルアップ.key

Microsoft PowerPoint - 集積デバイス工学7.ppt

MOSFET dv/dt 影響について Application Note MOSFET dv/dt 影響について 概要 MOSFET のドレイン - ソース間の dv / dt が大きいことが問題を引き起こすことがあります この現象の発生要因とその対策について説明します Tosh

名称 型名 SiC ゲートドライバー SDM1810 仕様書 適用 本仕様書は SiC-MOSFET 一体取付形 2 回路ゲートドライバー SDM1810 について適用いたします 2. 概要本ドライバーは ROHM 社製 2ch 入り 180A/1200V クラス SiC-MOSFET

XP233P1501TR-j.pdf

PowerPoint Presentation

MTM13227

FC8V2215

Microsoft PowerPoint - semi_ppt07.ppt [互換モード]

高耐圧SiC MOSFET

Microsoft PowerPoint - semi_ppt07.ppt

Microsoft PowerPoint - H30パワエレ-3回.pptx

Microsoft PowerPoint - 集積回路工学(5)_ pptm

燃焼圧センサ

XP231P0201TR-j.pdf

EQUIVALENT TRANSFORMATION TECHNIQUE FOR ISLANDING DETECTION METHODS OF SYNCHRONOUS GENERATOR -REACTIVE POWER PERTURBATION METHODS USING AVR OR SVC- Ju

NJM78L00S 3 端子正定電圧電源 概要 NJM78L00S は Io=100mA の 3 端子正定電圧電源です 既存の NJM78L00 と比較し 出力電圧精度の向上 動作温度範囲の拡大 セラミックコンデンサ対応および 3.3V の出力電圧もラインアップしました 外形図 特長 出力電流 10

FA6K3342ZL

FC6K3339ZL

PowerPoint プレゼンテーション

TPCP8406_J_

研究成果報告書

TPCA8056-H_J_

動化 V ns 9)10) Grezaud 15ns 10) DC VSC (Voltage Source Converter) SiC HEV SiC-MOSFET FWD SiC-SBD SiC-MOSFET FET DENSO TECHNICAL REVIEW Vol 電 FW

MOSFET HiSIM HiSIM2 1

( ) : 1997

IGBT モジュール「V シリーズ」の系列化

SiC JFET による高速スイッチング電源

FK9B0439ZL

FJ4B0111

SSM6J505NU_J_

FK4B0343ZL All in one N-channel MOS FET ADVANCE INFORMATION Features For passive cell balancing circuits Built-in cell discharge resistor, gate-source

TPW5200FNH_J_

untitled

13 2 9

Microsoft PowerPoint - 4.CMOSLogic.ppt

PowerPoint プレゼンテーション

スイッチング電源の 高性能化・高効率化技術

パナソニック技報

2SK2313

TPC8407_J_

目次 概要... 1 目次 電気的特性 静的特性 動的特性 静電容量特性 実効容量 ( エネルギー換算 ) スイッチング特性 dv/dt 耐量...

(Microsoft Word - E0-0299Z BID-40D18N \203f\201[\203^\203V\201[\203g_ doc)

スイッチング電源の 高性能化・高効率化技術

FK4B0110

TK50P04M1_J_

Microsoft PowerPoint - 4.1I-V特性.pptx

スイッチング電源の 高性能化・高効率化技術

TPH1R306P1 Application Note U-MOSⅨ-H 60V 低 VDS スパイク製品 TPH1R306P1 アプリケーションノート 概要 TPH1R306P1 は 最新世代の U-MOSⅨ-H プロセス製品で 主なターゲット用途は DC-DC コンバータや AC-DC コンバー

パナソニック技報

パナソニック技報

PowerPoint Presentation

TK58A06N1_J_

パワーMOSFETの特性

Microsoft PowerPoint - SDF2007_nakanishi_2.ppt[読み取り専用]

FK4B0112

Microsoft PowerPoint - m54562fp_j.ppt

FK4B0111

低損失V溝型SiCトレンチMOSFET 4H-SiC V-groove Trench MOSFETs with the Buried p+ regions

電子回路I_8.ppt

TPHR7904PB_J_

事務連絡

TK30J25D_J_

SSM3K7002KFU_J_

TPCA8030-H

降圧コンバータIC のスナバ回路 : パワーマネジメント

Table 1. Assumed performance of a water electrol ysis plant. Fig. 1. Structure of a proposed power generation system utilizing waste heat from factori

AN15880A

(4.15a) Hurwitz (4.15a) {a j } (s ) {a j } n n Hurwitz a n 1 a n 3 a n 5 a n a n 2 a n 4 a n 1 a n 3 H = a n a n 2. (4.16)..... a Hurwitz H i H i i H

F9222L_Datasheet.pdf

IIC Proposal of Range Extension Control System by Drive and Regeneration Distribution Based on Efficiency Characteristic of Motors for Electric

MOSFET 6-2 CMOS 6-2 TTL Transistor Transistor Logic ECL Emitter Coupled Logic I2L Integrated

Microsoft PowerPoint - m54583fp_j.ppt

FCAB2135

2017 (413812)

alternating current component and two transient components. Both transient components are direct currents at starting of the motor and are sinusoidal

(Microsoft PowerPoint - \203E\203B\203\223\203N\210\244\222m.ppt)

TK7A90E_J_

TPD1032F_J_P10_030110

THYRISTOR 100A Avg 800 Volts PGH101N8 回路図 CIRCUIT 外形寸法図 OUTLINE DRAWING Dimension:[mm] 総合定格 特性 Part of Diode Bridge & Thyristor 最大定格 Maximum Ratings 項

TPC8107

支援財団研究活動助成 生体超分子を利用利用した 3 次元メモリデバイスメモリデバイスの研究 奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科小原孝介

Microsoft PowerPoint - アナログ電子回路3回目.pptx

Microsoft PowerPoint - 9.Analog.ppt

スライド 1

1

untitled

第 5 章 推奨配線及びレイアウト 内容ページ 1. 応用回路例 プリント基板設計における推奨パターン及び注意点 Fuji Electric Co., Ltd. MT6M12343 Rev.1.0 Dec

TOP10 Innovations A triple-junction compound solar module with a conversion efficiency of 31.17%. Source SHARP CORPORATION (

Transcription:

67 Next-generation Power Switching Devices for Automotive Applications: GaN and SiC Tetsuzo Ueda Yoshihiko Kanzawa Satoru Takahashi Kazuyuki Sawada Hiroyuki Umimoto Akira Yamasaki GaNSiCGaNSiGate Injection TransistorGIT 6 VSiCDio MOS-integrated MOSFET Next-generation power devices using GaN and SiC which have been developed at Panasonic and are applicable to electric and hybrid electric vehicles are reviewed. A novel normally-off transistor named Gate Injection Transistor (GIT) on cost-effective Si substrates enables stable operation at 6V. A DioMOS (-integrated MOSFET) structure is proposed for SiC, which eliminates the conventional external diode and reduce the total area of SiC chips and the cost. These GaN and SiC power devices are very promising automobile applications since they can make the system lighter and smaller with reduced power consumption. EVHEV IGBTInsulated-Gate Bipolar TransistorMOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor Si GaNSiC Si GaNSiC GaNSiC Si GaNSi GaN 1 V SiSiC SiC GaN 1 VSiSiC 1 V GaNSiC GaNSiC EV/HEVGaNSiC GaN DC-DCSiC

68 DC-DC GaN SiC GaN Si GaNSiC Potential applications of GaN and SiC power switching devices MOCVD 5 m [1] GaN AlGaN/GaN Gate Injection Transistor GIT GITp [] MOSFETGaN Si EV/HEVGaNSiC Typical circuit diagram of EV/HEV and suitable applications of GaN and SiC

69 PKG PKG PKGL GaN Comparisons between Panasonics GIT and a conventional normally off GaN transistor GaN Current collapse observed in GaN power transistors GIT - GITGaN 6 V GIT 6 V [3]BT Si6 VGIT GIT DC-DCLLC 1 MHzSi [] GIT Suppression of current collapse in a GIT: Change of on-state resistance after applying various drain voltages SiGIT Typical characteristics of a 6 V GIT on Si 1. V 6 V 1 V 15 A 71 mω 16 ns 9 ns 1.5 V

7 この層にが流れるようにその厚さ 濃度を設計する SiCパワーデバイス ことで あたかも逆方向ダイオードを並列に接続した場 当社で開発しているSiCパワートランジスタはDioMOS 合と同様の 電圧特性を実現できる[5,6] これによ -integrated MOSFET と呼ばれ トランジスタの りインバータなど応用でSiCトランジスタに並列に接続 内部に逆方向ダイオードの機能を内蔵していることが大 される必要のあったSiCショットキーバリアダイオード きな特長である 従来のDMOS Double-diffused MOSFET が不要となる 使用するSiCチップの面積を低減できパッ との比較を第6図に示す いずれもSiC基板上に形成した ケージサイズを低減できると同時に低コスト化を実現で 縦型構造を有しているが DioMOSではMOSゲート直下 きる さらに トランジスタとダイオードの接続で生じ に高濃度の薄膜n型チャネル層を形成していることが異 る寄生インダクタンスも低減でき より高速で低損失の なっている 逆方向電圧印加時に.8 V程度の低電圧から スイッチングが期待できる 得られた 電圧特性の 代表例を第7図に示す チップ当たりのオン抵抗5 mω DioMOS 酸化膜 ゲート ソース 定格電圧1 Vのデバイスでアバランシェ耐圧として DMOS 高濃度薄膜 n型チャネル層 165 Vと十分大きな値を確保している ここでボディダ 酸化膜 ソース SiC ゲート イオードと記載した逆方向特性はSiCトランジスタに内 n+ 構造 ダイオード 回路図 SiC チップ D SiC-DioMOS G 合はチャネル層を用いたダイオードの立ち上り電圧が低 トランジスタ ドレイン SiC 1チップ D 蔵されたpn接合のダイオード特性であるがDioMOSの場 p nn+ p n n+ ドレ イン トランジスタ Ids [A] デバイス SiC-MOSFET 3 VVgsgs ==~V V V V step (V step) G 削減 1 S 特長 課題 ダイオード機能一体化 S 課題 外付けダイオード不要 トータルチップ面積大 小型PKG 低コスト化 -8-6 - - 6 8 Vds [V] 特長 トータルチップ面積を低減 -1 SiCダイオード -1 コスト低減限界 PKGサイズ大 ダイオード接続の寄生L低減 Channel Channel V V ds= (Vgs =V) - Body Body -3 - 第6図 SiCトランジスタの特性比較 Fig. 6 Comparisons between Panasonic s DioMOS and a conventional DMOS transistor Tc=15, Vgs=+ V 5 3 3 1 SiC DioMOSの 電圧特性 Fig. 7 Current-voltage characteristics of a SiC DioMOS (b)負バイアス印加 5 Vth [V] Vth [V] (a)正バイアス印加 第7図 1 6 8 1 Testing Time [h] 第8図 6 Testing Time [h] SiC DioMOSのゲート信頼性試験結果 Fig. 8 Reliability of MOS gates in SiC DioMOS 7 Tc=15, Vgs= - V 8 1 1

71 [] いためpn接合には流れない normally-off GaN gate injection transistors, IEEE WiPDA, 当社ではゲート形成工程を改善することでMOSゲー トに関して良好な信頼性を確保している 第8図はゲー T. Ueda, The challenge and progress of high-voltage Columbus, Ohio, USA, October 13. [5] M. Uchida et al., Novel SiC power MOSFET with integrated トに正負 Vを印加した場合の閾値電圧の変化を示すが unipolar internal inverse MOS-channel diode, IEEE IEDM 1時間でも大きな変動はなく実用上問題ないことがわ Tech. Dig., Washington D.C., USA, December 11, pp. 6.6.1 - かる より大きなゲート電圧を印加できるので高速スイ ッチングに向け有利である 1 V耐圧DioMOSの代表 特性を第表にまとめる DioMOSによりDC-DCコンバー 6.6.. [6] A. Ohoka et al., mω / 17 V DioMOS ( in SiC MOSFET) for high power switching applications, Materials Science Forum vols. 778-78, pp. 911-91, 1. タの5 khz動作 それによる小型化を確認できており 今後さらに応用検討を進めていく 執筆者紹介 第表 SiC DioMOSの代表特性 Table Typical characteristics of a 1 V SiC DioMOS Vth 3.9 V 耐圧 定格 室温 BVds 1 V 耐圧 ブレークダウン BVds 165 V 閾値電圧 ドレイン 定格 室温 Ids 5 A 上田 哲三 Tetsuzo Ueda Engineering Div, 博士 工学 mω オン抵抗 室温 Ron スイッチング立ち上がり時間 6 V, R負荷 tr 58 ns スイッチング立ち下がり時間 6 V, R負荷 tf 13 ns 逆方向ダイオード立ち上がり電圧 Vgs= V時 Vf.8 V 5 まとめ EV/HEVのさらなる軽量化 省エネルギー化に貢献す ると期待されるGaNおよびSiCパワーデバイスに関して 高橋 理 Satoru Takahashi 海本 博之 Hiroyuki Umimoto 当社における最新デバイス技術についてまとめた GaN に関しては独自のGIT構造によりノーマリオフ型6 V 耐圧品を SiCに関しては同じく独自のDioMOSにより逆 方向ダイオードを内蔵した1 V耐圧品を開発している 今後は これらの次世代パワーデバイスに関して車載応 用の視点から長期信頼性技術確立や実機応用上の課題対 策を進め 実用化を目指し取り組んでいく GaNは充電 器あるいはDC-DCコンバータの小型化に SiCは主モー タ駆動用インバータの高効率化に貢献すると期待され 次世代EV/HEV向けに非常に有望である 参考文献 [1] M. Ishida et al., GaN on Si technologies for power switching 神澤 好彦 Yoshihiko Kanzawa Engineering Div., 博士 工学 澤田 和幸 Kazuyuki Sawada Engineering Div., 山崎 晃 Akira Yamasaki devices, IEEE Trans. Electron Device, vol.6, no.1, pp. 353-359, 13. [] Y. Uemoto et al., Gate injection transistor (GIT) A normally-off AlGaN/GaN power transistor using conductivity modulation, IEEE Trans. Electron Device, vol.5, no.1, pp. 3393-3399, 7. [3] T. Ueda, Reliability issues in GaN and SiC power devices, IEEE IRPS Tech. Dig., Wikoloa, Hawaii, USA, June 1, 3D-. 71