東芝開發出具有高關斷能力和短路能力的6500V壓封裝IEGT晶片，這將有助於提高電壓運作和設備小型化

2026年6月15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公司（簡稱「東芝」）開發出一款額定電壓為6500V的溝槽式第二代注入增強型閘極電晶體（IEGT） ^[1]晶片，該晶片具有高關斷能力^[2]和短路能力^[3] 。將額定電壓從標準的4500V提升至6500V，可減少相同輸出電壓下串聯元件的數量，有助於簡化系統配置並縮小電源轉換設備的體積。東芝也推出了採用此晶片的6500V壓裝式IEGT（PPI ） ^{[ 4]產品，可用於直流輸電系統、靜止同步補償}器（STATCOM） ^{[ 5]}和工業馬達驅動等應用。

隨著全球推廣脫碳進程，再生能源的採用率不斷提高。發電廠和用電區域往往相距甚遠，這促使人們部署直流輸電系統以實現遠距離、大容量的電力傳輸。同時，電網穩定性變得日益重要，靜止同步補償器（STATCOM）的應用也不斷擴展。在直流輸電系統和STATCOM等高壓電力轉換系統中，功率半導體元件以串聯方式連接。提高每個裝置的額定電壓可以減少串聯元件的數量，從而簡化系統配置並縮小設備尺寸。

東芝已大規模生產4500V級PPI裝置。然而，對於6500V級裝置，確保在高電壓條件下具備足夠的關斷能力和短路能力一直是關鍵挑戰。這需要精確控制器件內部的載子（電荷）傳輸。此外，在偏壓測試中觀察到的擊穿電壓變化也是一個需要解決的問題。

新開發的6500V IEGT晶片（圖1）在單元區域採用了短路虛擬單元結構，消除了可能導致不穩定電位分佈的浮空區域。此外，也優化了檯面寬度（虛擬溝槽之間的電流傳導區域），並在P基區（控制載子傳輸的層）下方引入了N勢壘層。這些結構最佳化改善了載子分佈和傳輸，從而在關斷期間實現了更均勻的電流分佈，並確保在高壓條件下具有足夠的關斷能力和短路能力，從而保證了穩定的運作。此外，東芝證實了導通損耗^{[ 6]}和開關損耗（閘極導通和關閉期間產生的損耗）之間更佳的平衡（圖2）。

在終止區，採用了包含保護環以分散電場和半絕緣層的結構（圖 3），使得擊穿電壓超過 6500V。此外，優化了半絕緣層和矽之間的界面工藝，抑制了在偏壓應力條件下未優化工藝中觀察到的擊穿電壓變化，從而獲得了穩定的擊穿特性（圖 4）。

該晶片已在4500V的測試電壓下通過關斷和短路測試進行評估，證實其適用於高壓系統。東芝已將該晶片應用於一款商業化的6500V/2000A壓裝式IEGT裝置「ST2000JXH35A」。在高壓直流輸電系統中，與4500V裝置相比，使用6500V裝置可減少約33%的串聯裝置數量^{[ 7]} ，有助於減小系統尺寸和重量。東芝將繼續開發用於高壓電源轉換應用的壓裝式IEGT裝置，並擴展其產品線，以支援電力基礎設施的發展。

該技術的詳細資訊在 2026 年 6 月 9 日至 11 日在德國紐倫堡舉行的 2026 年歐洲電力轉換和智慧運動 (PCIM) 展會上進行了介紹。

有關包含此晶片的 6500V/2000A IEGT 封裝“ST2000JXH35A”的更多信息，請訪問以下連結:
6500V IEGT 封裝，助力直流輸電系統和工業電機驅動實現更高電壓和更小尺寸。