In occasione della 68esima edizione dell’International Electron Devices Meeting (IEDM 2022) dell’IEEE a San Francisco (3-7 dicembre), la giapponese Toshiba Electronic Devices & Storage Corp (TDSC) – scorporata da Toshiba Corp nel 2017 – ha presentato lo sviluppo di un transistor ad effetto di campo (MOSFET) a metallo-ossido-semiconduttore in carburo di silicio (SiC) che dispone i diodi a barriera Schottky (SBD) incorporati in uno schema di controllo (check-pattern embedded SBD) per ottenere una bassa resistenza di accensione e un’elevata affidabilità. Toshiba ha confermato che il progetto garantisce una riduzione di circa il 20% della resistenza di accensione (RonA) rispetto al suo attuale MOSFET SiC, senza alcuna perdita di affidabilità. Il carburo di silicio è ampiamente considerato come il materiale di prossima generazione per i dispositivi di potenza, in quanto offre tensioni più elevate e perdite inferiori rispetto al silicio. Sebbene l’uso del SiC sia attualmente limitato agli inverter per i treni, si prospetta un’applicazione più ampia in settori quali l’elettrificazione dei veicoli e la miniaturizzazione delle apparecchiature industriali. Tuttavia, un problema che deve essere prima superato è che la conduzione bipolare nel corpo del diodo durante il funzionamento inverso dei MOSFET SiC è dannosa perché degrada la resistenza di accensione.

Toshiba Electronic Devices & Storage Corp ha sviluppato una struttura di dispositivo che incorpora SBD nel MOSFET per inattivare i diodi di corpo, ma ha scoperto che la sostituzione del canale del MOSFET con un SBD incorporato riduce la densità del canale e aumenta RonA. Questo compromesso è stato ora risolto con una nuova struttura SBD incorporata, che Toshiba ha confermato essere in grado di migliorare notevolmente le caratteristiche prestazionali. Toshiba ha migliorato la perdita di conduzione nel suo MOSFET SiC con SBD incorporato e ha ottenuto una buona conduttività del diodo, grazie all’impiego di una distribuzione di SBD con pattern a controllo. La valutazione delle caratteristiche di corrente on-side dei MOSFET incorporati con SBD di classe 1,2kV con il design ottimizzato ha confermato che l’utilizzo del design a scacchiera per posizionare gli SBD incorporati vicino ai diodi del corpo limita efficacemente la conduzione bipolare dei diodi parassiti, mentre il limite di corrente unipolare della conduzione inversa è doppio rispetto a quello realizzato dal design esistente con pattern SBD a strisce, a parità di consumo di area SBD. RonA è risultato inferiore di circa il 20%, con 2,7mΩ.cm2.