Hitachi, Ltd. anunció hoy el desarrollo de una estructura semiconductora de potencia de ahorro de energía original, TED-MOS, utilizando material de carburo de silicio (SiC) de última generación que contribuye al ahorro de energía en los vehículos eléctricos (EV). Este semiconductor de potencia es un nuevo dispositivo que utiliza un MOSFET de trinchera con estructura de aletas basado en el DMOS-FET convencional, un transistor de SiC de semiconductor de potencia. Usando este nuevo dispositivo, se confirmó un ahorro de energía del 50 por ciento ya que la estructura reduce la intensidad del campo eléctrico, un índice de durabilidad, en un 40 por ciento y la resistencia en un 25 por ciento en comparación con el DMOS-FET convencional. Hitachi tiene la intención de aplicar este dispositivo en inversores de accionamiento de motor, que son un componente central de los vehículos eléctricos para aumentar la eficiencia energética. Es más, al utilizar esta tecnología no solo en vehículos eléctricos, sino también en una gama de transductores eléctricos utilizados en sistemas de infraestructura social, Hitachi espera contribuir a los esfuerzos para reducir el calentamiento global y la realización de una sociedad con bajas emisiones de carbono.

Con el aumento previsto de la demanda mundial de energía, Se están estableciendo objetivos para reducir la carga ambiental a través de iniciativas como los ODS y la COP21 para lograr una sociedad sostenible. Dado que también se espera que la adopción de vehículos eléctricos aumente drásticamente, reducir el consumo de energía de los vehículos eléctricos se considera fundamental, Por lo tanto, el uso de semiconductores de potencia que utilizan SiC como material semiconductor que puede generar importantes ahorros de energía para los inversores, está atrayendo mucha atención. Un problema sin embargo, es que en el semiconductor de potencia de SiC, a diferencia de los dispositivos de silicio (Si), la resistencia varía mucho según el plano del cristal. Aunque el MOSFET de SiC de zanja (Fig.1 (2)) se ha propuesto como un medio para facilitar el flujo de corriente eléctrica en el plano cristalino a una resistencia menor en comparación con la estructura DMOS-FET convencional (Fig.1 (1)) , como los campos eléctricos se concentran fácilmente en los bordes de la zanja en el plano base, fue difícil lograr simultáneamente una alta durabilidad.

Para abordar este desafío, Hitachi desarrolló una zanja con estructura de aletas original DMOS-FET "TED-MOS" que logró tanto una reducción en la resistencia con el paso de zanja más pequeño como una alta durabilidad con campos eléctricos más bajos para aplicaciones industriales a alto voltaje (3.3 kV), y presentó estos resultados en mayo de 2018 en el Simposio internacional sobre circuitos integrados y dispositivos semiconductores de potencia (ISPSD) en Chicago, ESTADOS UNIDOS..

Esta vez, Hitachi ha mejorado el "TED-MOS" para inversores EV, ya que requieren una mayor densidad de corriente a un voltaje más bajo (1,2 kV) (Fig. 1 (3)). La "capa de relajación de campo (FRL)" se desarrolló para reducir ampliamente la intensidad del campo eléctrico, donde la unión PN para relajar el voltaje aplicado se forma en el centro de la estructura del dispositivo. Además, la "capa de propagación de corriente (CSL)" se desarrolló para reducir la resistencia en la región n-JFET, que sirve para formar la ruta de la corriente eléctrica que conecta los lados de las trincheras en forma de aletas como planos de cristal de baja resistencia y la región n-JFET. Como resultado, "TED-MOS" logra simultáneamente una menor intensidad de campo eléctrico y menor resistencia en los semiconductores de potencia de SiC.

Los beneficios de este desarrollo tecnológico se verificaron utilizando un dispositivo prototipo. Se descubrió que el "TED-MOS" redujo la intensidad del campo eléctrico en un 40 por ciento y la resistencia en un 25 por ciento en comparación con el DMOS-FET convencional, mientras mantenía el voltaje nominal de 1.2kV requerido para el accionamiento del motor en vehículos eléctricos. Es más, la estructura del dispositivo modificada mencionada anteriormente también mejoró las velocidades de conmutación entre ENCENDIDO / APAGADO del semiconductor de potencia, y como un resultado, La pérdida de energía en la corriente eléctrica debido a esta operación de conmutación también se redujo en un 50 por ciento.

Avanzando, Hitachi contribuirá a la prevención del calentamiento global y la realización de una sociedad baja en carbono mediante la aplicación de esta tecnología a varios transductores eléctricos. no solo en vehículos eléctricos, sino también en varios sistemas de infraestructura social.