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　　相关背景

　　半导体功率器件是电力电子设备的关键部件，被广泛地应用在家电，工业机械和机车牵引等领域。三菱电机通过使用碳化硅（SiC）MOSFET实现了高能源效率的转换，这正符合了在这个领域对高能源效率并减小尺寸的需求。 

　　通常电子设备的短路可能造成过载电流经过半导体功率器件，这会对器件本身造成巨大的破坏和失效。因此，器件设计者要尽可能防止过高的电流。由于SiC MOSFET的内阻小于硅材料器件，所以过载电流将会特别大，这导致短路时间减少。与硅材料元件的短路时间相比，为了保护SiC MOSFET，我们一般会使用一个特别的保护电路来更快地阻止过载电流。

　　当然在短路时间和导通电阻间要有取舍。如果短路时间长，那么就需要高导通电阻和大芯片尺寸。在这方面的改善是过去很长时间需要解决的问题。

　　新的结构

图1  新型SiC MOSFET 结构图 

　　在常见的MOSFET中，源极（source）是一个单一完整的区域。但是，三菱电机在源极内引入了一个额外的区域来控制SiC MOSFET的内阻（图1）。采用这种结构可以减少由短路造成的过载电流的发生。

　　在短路时间超过8微秒的条件下，当有过载电流时，三菱电机的新设备就不需要高速保护电路来中断电源。碳化硅器件的新构造增加了电阻因而减小了短路时的电流，由于新结构的源极会造成工作状态下温度上升，而内阻由于温度的上升会随之增加。

　　同时，这种设计也能保持导通电阻的温度低于正常水平。从而，基于硅功率器件的短路时间，SiC MOSFET的导通电阻比普通硅材料 MOSFET减小了60%，比常见的SiCMOSFET器件减少了40%，而能量损失减幅超过20%（图2）。

图2  新型结构能耗对比图

　　这项技术可以改进短路时间和导通电阻的关系。因此，新结构的SiC MOSFET可以同时实现高可靠性、高点能效率和小尺寸等特点。

　　短路时间的增长降低了额外设计保护电路的必要性，简化的电路设计可以让SiC MOSFET在不同的阻断电压的需求下应用。同时，不需要做任何改进，SiC MOSFET可以使用在现已有的电路技术上。三菱电机表示使用SiC MOSFET更容易实现对电子器件的保护。

　　未来计划

　　三菱电机说他们的研发团队将不断改善新产品，目标是在2020年实现商业化。