结构创新带来功率器件性能突破，东芝半导体赋能新能源应用

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）电力系统无处不在，近几年随着新能源汽车以及清洁能源、储能等需求增长，功率器件受到了市场更多的关注。8月28至30日在深圳国际会展中心举行的国际电力元件、可再生能源管理展会PCIM Asia2024上，众多海内外功率半导体厂商都展示出最新的技术和产品。在本次展会上，电子发烧友网探访了东芝半导体的展台，了解到东芝在大功率器件以及第三代半导体方面的新品和技术。

大功率器件IEGT

东芝在这次展会上展出了其最新的大功率器件IEGT（栅极注入增强型晶体管），在3300V至6500V的规格内新增了多款产品，以满足不同客户、不同应用的需求，包括ST1000GXH35、ST1500GXH35A等型号。

东芝IEGT

据东芝电子元件（上海）有限公司技术部副总监屈兴国介绍，IEGT是东芝在20世纪90年代末注册的专利名称，是基于IGBT的一种功率器件技术，主要被用于柔性直流输配电、列车牵引、高压变频器、风力发电等领域。

在高压应用中，传统的IGBT结构所产生的阻断电压，会因为发射极侧N基区的电阻，造成较高的导通损耗。为了解决这个问题，东芝在IGBT的基础上开发出栅极注入增强的技术，制造出IEGT。根据东芝官网的描述，该结构设置了深而宽的沟槽栅电极，所以，穿过发射极电极的阻抗会变大，将有效抑制载流子的穿越。其结果是会造成载流子蓄积，N 基区的载流子分布在发射极电极侧将不断增加。我们把这种载流子的注入蓄积效果称之为注入增强效果（Injection Enhancement Effect）。采用这种栅结构之后，即使是实现了耐高压也可有效抑制电压降的增大，从而降低导通损耗。

在现场展示的大功率IEGT采用PPI压接式封装，电压等级最高达到6500V，最大电流等级达到3000A。而采用PPI压接式封装的IEGT共有两种类型，分别是内置二极管以及不带二极管的类型，主要差异在于应用对于电流的需求。屈兴国举例，在一个125毫米平台的PPI封装中总共有42个小方格，比如中间放了30颗IEGT，其他12个方格放了二极管，那么最大电流可以做到2000A；如果客户电流需求更大，比如3000A，那么就需要在42个方格中全部放上IEGT芯片，另外在外围再搭配所需二极管。

对于客户而言，压接式封装器件可能较难使用，针对这个问题，东芝与第三方共同开发了半桥拓扑的IEGT压接组件方案，采用了两颗4.5kV/2kA/内置二极管的压接式IEGT，该装置为器件提供5KN左右的压力，适用于新客户进行双脉冲测试，以便客户能够快速了解东芝器件的性能，从而缩短开发周期，具备高可靠性和高效率。

另外东芝还展出了4.5 kV双栅极RC-IEGT，主要特点是在IEGT模式下可降低关断损耗，在二极管模式下能减少反向恢复损耗，同时结合栅极控制技术，实际测量值中总开关损耗可降低16%，而导通损耗没有任何增加。

碳化硅模块以及内置SBD的碳化硅MOSFET

据介绍，东芝在碳化硅领域的布局是先做碳化硅模块再推进单管产品。碳化硅模块产品量产时间相对较早，目前主要是针对轨道交通等牵引应用。目前东芝量产的碳化硅模块产品已经覆盖1200V、1700V、2200V、3300V电压等级，并采用了一种名为iXPLV的银烧结技术。

在碳化硅MOSFET上，东芝目前已经迭代到第三代碳化硅MOSFET产品，主要面向充电桩、数据中心、新能源发电、电机等应用。东芝的碳化硅MOSFET与其他公司产品的最大区别是内置了SBD，而非使用本体PN结二极管。这种结构的优势在于，内置的SBD通态电压更低，因此电流会从SBD中通过，从而抑制导通电阻早期的漂移、MOSFET双极退化、大大提高了器件的可靠性。

在第二代的基础上，东芝第三代碳化硅MOSFET再通过优化单元结构，令代表导通损耗和开关损耗之间关系的性能指标RDS(ON)×Qgd，相比东芝现有的第二代碳化硅MOSFET降低80%。同时东芝第三代碳化硅MOSFET栅源控制电压范围是-10至25 V，比其他公司产品的电压范围更宽，从而提高了便利了客户的栅极驱动设计。

对于近年热门的电动汽车市场，东芝在各种车规分立器件上一直都有稳定的出货；在碳化硅方面，屈兴国表示东芝在国内更加倾向于晶圆销售的模式，比如将碳化硅晶圆出售给模块厂商进行封装，这也是应对目前碳化硅器件市场内卷的一种方式。

小结：

在PCIM Asia2024上可以看到，东芝半导体在传统的大功率硅基功率器件上持续保持创新，并应对市场需求不断推出新的型号，展现出老牌功率半导体厂商的实力；而在第三代半导体方面，东芝半导体也通过器件结构的创新，为市场带来了差异化产品，满足了更多不同客户的需求。随着清洁能源需求的不断增长，包括新能源发电、输配电、列车牵引等领域将会有更大的市场增长空间，东芝半导体借助功率器件产品上的技术优势，也将会获得更多市场机会。