東芝開發出可減少溝槽閘極結構碳化矽MOSFET的損耗、增強其短路穩健性的技術

2026年5月27日

東芝電子元件及儲存裝置株式會社

日本川崎－東芝電子元件及儲存裝置株式會社（「東芝」）現已開發出一種溝槽閘極結構碳化矽（ SiC ）MOSFET ^[1] （功率半導體）專用的技術，可在減少損耗（導通電阻^[2] ）的同時，增強短路穩健性^[3] 。此技術優化了溝槽下方形成的底部p阱結構^[4]以及其中結型場效應電晶體（JFET） ^[5]區域的設計，包括其寬度和摻雜濃度。

東芝已確認，這項新技術能夠抑制元件內部產生的短路能量，降低溫升，從而在增強裝置的短路穩健性和減少損耗的同時，保持閘極氧化層的可靠性。這些進步有望提升裝置在功率轉換應用（包括電動車、再生能源系統和資料中心電源）中的可靠性和能源效率。

功率半導體在電力高效控制和轉換方面發揮著至關重要的作用，對於實現節能和碳中和非常重要。業界普遍認為碳化矽MOSFET是新一代元件，其功率轉換效率高於傳統的矽（Si）MOSFET，並日益廣泛地應用於電動車、再生能源系統和資料中心等多種領域。溝槽閘極結構碳化矽MOSFET的特點是能夠實現低導通電阻和大電流密度。

在溝槽閘極結構碳化矽MOSFET中，電場保護結構^[6]可確保閘極氧化層的可靠性。然而，由此形成的JFET區域會影響電流路徑和熱特性。尚未完全理解短路事件中產生的能量（短路能量）與裝置性能退化之間的關係，以及這種關係與JFET區域設計之間的關聯性，導致難以同時降低導通電阻和增強短路穩健性。

東芝透過研究一種在溝槽下方整合底部p阱的溝槽閘極結構碳化矽MOSFET結構，解決了這個問題。透過縮小JFET區域的寬度（W _JFET ）並提高其摻雜濃度（N _JFET ）（圖1），東芝證實了裝置內部短路電流得到抑制，減少了產生的短路能量。東芝也闡明了裝置性能退化與短路能量之間的關聯性，證明了抑制短路能量能夠有效提高裝置可靠性。這提供了一種設計指導原則，可在增強短路穩健性和降低導通電阻的同時，保持閘極氧化層的可靠性。在原型元件中，東芝證實，與傳統的溝槽閘極結構碳化矽MOSFET相比，導通電阻降低了約25%，同時維持了短路穩健性（圖2） ^[7] 。

該技術證實了一種針對溝槽閘極結構碳化矽MOSFET短路能量的新型設計方法的有效性。該技術預計將進一步降低損耗，並有助於提高高效能功率轉換應用（包括電動車、再生能源系統和資料中心電源）的效率和可靠性。採用此技術部分內容的1200V溝槽柵極結構碳化矽MOSFET測試樣品「TW007D120E」已於本月初開始上市。

東芝將在5月24日至28日在拉斯維加斯舉行的2026年第38屆國際功率半導體裝置與積體電路會議（ISPSD）上介紹該技術的詳細資訊。

這項工作是基於由新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）資助的計畫JPNP21029所取得的成果。