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关键词： 碳化硅   金属-氧化物-半导体场效应晶体管   栅氧化层老化   电磁辐射  

摘要： 栅氧化层退化是碳化硅-金属-氧化物-半导体场效应晶体管(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field effect transistor, SiC MOSFET)最常见的失效形式之一，栅氧化层状态监测是电力电子系统稳定运行的重要保证。因此，文中提出了一种基于电磁辐射(electromagnetic radiation, EMR)信号的SiC MOSFET栅氧化层退化状态监测方法。首先在SiC MOSFET导通过程分析基础上，推导出栅氧化层老化程度与漏极电流变化率之间的关系；其次，把SiC MOSFET模块当作一个磁偶极子，测量其EMR信号，分析可知栅氧化层老化会引起EMR信号频谱幅值减小；最后，以SiC MOSFET组成的Buck变换器为被测对象，利用近场探头捕获EMR信号，根据其频谱幅值监测栅氧化层退化的程度。实验结果表明，SiC MOSFET栅氧化层退化对低频段的EMR信号频谱影响较大，在谐振点6.3 MHz附近出现峰值，并且随着栅氧化层老化程度加深，EMR信号频谱幅值也相应减小。

关键词： 碳化硅   MOSFET   单粒子效应   单粒子栅穿   辐照效应  

摘要： 新型航天器对千伏级抗辐照SiC器件有迫切需求，为了给SiC MOSFET抗单粒子栅穿加固设计提供理论依据，对1 200 V非对称沟槽SiC MOSFET开展了单粒子栅穿效应研究。试验结果表明，在200 V、300 V的漏极偏置电压下进行辐照，辐照期间和辐照后器件均出现了泄漏电流退化。TCAD仿真显示，沟道下方栅极沟槽拐角处的瞬时电场超过了临界击穿电场值。然而被P-well包围的栅极沟槽拐角，由于重掺杂P型区对空穴的快速抽取作用，该处的瞬时电场未达到临界击穿电场值。FIB-SEM结果证实了沟道区下方栅极沟槽拐角处的氧化层被击穿，产生漏极至栅极的泄漏电流路径。沟槽栅SiC MOSFET的抗单粒子栅穿加固设计，应重点关注栅极沟槽拐角和沟槽底部处，利用P型区包围沟槽拐角可以缓解单粒子导致的电场集中效应。

关键词： 半导体器件   功率器件   MOSFET   碳化硅   4H-SiC  

摘要： 相比于传统的Si MOSFET(Si metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)而言，以SiC MOSFET为首的第三代功率半导体器件迎来高速发展，因其具有更低的成本、更高的禁带宽度、更高的击穿电压、更低的导通电阻，被广泛的应用于集成电路产业等领域．从不同的材料和结构总结了目前国内外SiC MOSFET的研究进展，分析了3C-SiC、4HSiC、6H-SiC这3种材料在SiC MOSFET制备时的优势和不足，针对沟槽外延型和沟槽注入型两种结构的SiC MOSFET进行了器件性能参数的比较．通过对SiC MOSFET不同材料特点的总结，对比不同结构的优势和不足，为将来进一步研发更高击穿电压和更高性能的SiC MOSFET提供了研究思路．随着研究的不断深入和技术的不断进步，SiC MOSFET的工作环境不再局限于现有的条件下，而是应用于更多的领域中．

关键词： 加速寿命测试   SiC MOSFET   栅氧化层退化   硬开关  

摘要： 受寄生电感或串联器件分压不均影响，SiC MOSFET可能承受偶发的、安全工作区（SOA）外的短时过电压硬开关应力，造成参数退化或器件损坏。而现有的功率器件可靠性研究主要集中于SOA内的长期静态工况，导致预期寿命与实际寿命偏差较大。该文研究过电压硬开关应力作用下两种不同额定电压的SiC MOSFET退化机制，并与栅极开关应力和静态过电压应力测试所得结果进行对比。由于栅氧化层退化，工作在第一象限的器件阈值电压Vth和导通电阻RDS（on）减小，栅极漏电流IGSS和漏极截止电流IDSS增加。同时，受阈值电压和跨导变化的影响，器件动态特性产生变化。对于工作在第三象限的器件，堆垛层错扩大造成其体二极管正向压降增加。结合不同过应力工况下的实验结果和TCAD（Technology Computer-Aided Design）仿真，明确器件栅氧化层退化的主要机制为高电场应力导致的热载流子注入，且阈值电压退化规律主要与开关次数及漏源电压相关。研究为器件在临界工况中的应用及变换器的裕量设计提供了理论支撑。

关键词： SiC   MOSFET   短路耐受时间   短路保护   开尔文源极   驱动电路  

摘要： 为了提高SiC MOSFET的短路可靠性，在不同的母线电压、驱动电压、驱动电阻、主回路寄生电感以及栅极阈值电压参数下，对SiC MOSFET短路电流特性曲线进行测量，定量分析各个参数对短路电流的影响，为如何提高SiC MOSEFT的短路耐受时间提供解决思路。同时由于SiC MOSFET的短路耐受时间，决定着对其进行短路保护动作的最大时间，所以这些不同参数的设置直接影响着SiC MOSFET短路保护电路的设计。在传统SiC MOSFET短路保护策略中，利用开尔文源极与功率源极之间寄生电感产生的感应电压，配合RC滤波器进行短路保护，存在SiC MOSFET在硬开关短路和负载短路中，触发短路保护动作阈值不一致的问题，即导致短路保护失败。针对此问题，提出基于di/dt-PMOS的短路保护策略，保证了阈值的一致性。通过公式推导以及实验，结果表明基于di/dt-PMOS的SiC MOSFET短路保护策略的有效性。

关键词： 电动汽车   碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管   功率半导体芯片   导通损耗   转换效率  

摘要： 针对硅基绝缘栅双极型晶体管（IGBT）难以进一步满足电动汽车高功率密度、低导通损耗、高散热能力等需求的不足，综述了车用碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC-MOSFET）的最新研究进展。通过总结SiCMOSFET在电动汽车牵引逆变器、DC/DC电源变换器和车载充电机（OBC）应用场景下的特点，分析了目前车用SiCMOSFET在成本、可靠性及散热方面的技术挑战，并探讨了其在微型化、先进封装、多芯片集成和成本方面的发展趋势。

关键词： 屏蔽栅功率(SGT)MOSFET   雪崩失效   同步辐射   无损检测   截面拓扑  

摘要： 屏蔽栅功率MOSFET（SGTMOSFET）在应用期间，鉴于电路中存在寄生电感或感性负载，该器件极易遭受非箝位电感开关（UIS）应力的影响，可能导致器件烧毁失效。采用X射线衍射形貌（XRT）技术，对SGT MOSFET雪崩失效后的X 射线衍射图像展开了深入研究。在不损坏器件的前提下，成功将烧毁点定位在元胞区域的漂移区。采用开盖（Decap）方式验证了烧毁点位置的准确性，并且通过扫描电子显微镜（SEM）表征烧毁点的微观形貌。最后，通过仿真软件模拟芯片表面的三维图形，并利用TCAD 仿真揭示了UIS的失效机理，即电流集中所产生的高温致使漂移区的硅融化。失效机理与实验结果相吻合。

关键词： 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管   栅氧化层老化   电磁兼容   共模干扰  

摘要： 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor， SiC MOSFET）栅极氧化层的可靠性是影响系统安全运行的关键，本文基于共模干扰（common mode eletromagnetic interference， CM EMI）的成因，研究了其受SiC MOSFET栅氧化层老化的影响。首先，考虑到SiC MOSFET的栅氧化层老化原理及其对器件参数产生的影响。其次，对以SiC MOSFET组成的降压变换器作为研究对象，结合降压变换器关断瞬态等效电路，建立了基于实际波形的等效CM EMI包络频谱。最后，以共模干扰频谱中的低频段和高频段进行讨论，通过实验验证了所提出CM EMI频谱变化的规律，讨论了电磁干扰产生的原因，可用于设备电磁兼容性的优化分析。

关键词： 伏安特性曲线   欧姆定律   电阻   伏安特性曲面   过程曲线  

摘要： 由一个问题入手,梳理了伏安特性曲线、欧姆定律、电阻等概念和规律的内涵,指出非线性情形是需要定义的新情况.针对电阻随温度变化的小灯泡,提出“伏安特性曲面”,它是小灯泡所有状态(U,I,T)的集合.常见的所谓“小灯泡的伏安特性曲线”,只是该曲面上某一特定的过程曲线投影到UI平面的结果,谈不上“特性”,宜称为伏安过程曲线.建议教材改称小灯泡为线性元件,或者“在温度恒定时的线性元件”.

关键词： SiC MOSFET   动态参数   叠层母排   驱动保护电路   双脉冲测试平台  

摘要： SiC MOSFET开关速度快导致其对测试平台的寄生参数较为敏感,而高电压和大电流的特性也为测试平台设计带来挑战。自主设计和搭建了一套集成化和规范化的大功率双脉冲测试平台,利用叠层母排结构的低杂感集成化设计,减小器件过快的开关速度对主回路寄生电感的影响;通过驱动过欠压保护电路设计,减小大电流密度的影响,保证器件可靠开通和关断。为验证该测试平台的实用性,选取几种国内外不同厂家的SiC MOSFET进行主要动态参数在不同结温下的测试及分析,全面评估了器件动态特性与温度的关系,研究结果对器件的生产和应用具有一定意义。