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东芝开发出三栅极IGBT和栅极控制技术,可将电源打开和关闭时的功率损耗降低多达40.5%

2021-06-10 阅读:
与传统的IGBT半导体相比,开关导通时的功率损耗降低了50%,开关关断时的功率损耗降低了28%(整体高达40.5%)。

日前,株式会社东芝(以下称“东芝”)宣布成功开发了一种功率半导体,与传统产品相比,可将电源打开和关闭时的功率损耗降低多达40.5%。IGBT是目前被频繁使用的主要功率半导体,人们对其进一步减少功率损耗的期望越来越高。东芝新技术有望提高各类电气设备的电力转换器效率,可广泛应用于可再生能源系统、电动汽车、铁路和工业设备等领域。ZQPednc

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功率半导体被广泛应用于“发电”、“输送”、“储存”和“优化使用”等各类场景,在确保稳定的电力供应、节能和节电中发挥了不可或缺的作用。近年来,在“全球碳中和”背景下,电动汽车不断普及,采用可再生能源进行发电的比重不断增加,功率半导体的市场份额也随之不断扩大。ZQPednc

为了降低功率损耗(功率转换时所产生的功率损耗),需要进一步提升功率半导体的性能。而功率半导体中高耐压的IGBT常常被应用于电气设备的功率转换器上,因此,从提高能源利用效率的角度来看,降低IGBT的功率损耗将为实现碳中和做出巨大贡献ZQPednc

IGBT可以通过增加元件中电子和空穴的蓄积量来降低导通损耗,但同时开关损耗也随之增加。在过去的30年里,针对采用硅材料的传统IGBT,技术人员主要通过改进元件结构来改善导通损耗和开关损耗。但近年来,其性能改善趋于极限,成为行业一大难题。ZQPednc

东芝开发出三栅极IGBT和栅极控制技术,采用从栅极驱动电路端灵活控制IGBT内部载流电子和空穴蓄积量的方式,从而大幅降低开关损耗。与传统的IGBT半导体相比,开关导通时的功率损耗降低了50%,开关关断时的功率损耗降低了28%(整体高达40.5%)。ZQPednc

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对于加快半导体的发展,东芝一直在投入大量资金。ZQPednc

东芝在 2019-2023 财年的五年内投资约 1000 亿日元,以增加用于电机控制等的功率半导体的生产。要使得2023财年产能较2018财年末增加50%。为此扩建了石川县能美市现有工厂,并引进公司首条12英寸晶圆功率半导体生产线。汽车和工业设备的进一步节能对于实现无碳社会必不可少,通过积极的投资来捕捉对节能关键设备的需求。ZQPednc

东芝将扩大以制造子公司加贺东芝电子(石川县能美市)为中心的功率半导体产能。8英寸晶圆制造设备将陆续带入扩建后的洁净室。2020年底引进了12英寸晶圆中试线,开始生产。ZQPednc

此外,东芝集团旗下日本半导体(岩手县北上市)大分工厂(大分市松冈市)的功率半导体产能已部分外包,已经纳入增产计划。不过,东芝正在与台湾半导体巨头联合微电子(UMC)洽谈出售旗下大分工厂等事宜,目前的增产计划还没有见到变化。ZQPednc

东芝的功率半导体在高达300伏特的低耐压金属氧化膜半导体场效应晶体管 (MOSFET) 方面具有优势。它广泛安装在空调等家用电器以及汽车和FA设备中,电气化程度越来越高,主要用于电机控制应用。据公司测算,低压MOSFET国内市场占有率高达31%,而海外市场占有率低至3%,未来增长空间很大。ZQPednc

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责编:胡子ZQPednc

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