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关键词： 氢终端金刚石   漏极泄漏电流   金属-绝缘体-半导体电容模型   Al_(2)O_(3)/HfO_(2)双钝化层  

摘要： 微波氢终端金刚石器件低纵横比会导致较高的关态漏极泄漏电流,从而降低器件可靠性。文章首先提出一种金属-绝缘体-半导体电容模型揭示了漏极泄漏电流的抑制机理,然后利用高介电常数(High-K)顶部钝化层(Upper Passivation Layer,UPL)对漏极泄漏电流进行抑制,最后制备了40/100 nm Al_(2)O_(3)/HfO_(2)双钝化层氢终端金刚石金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。实验结果表明,顶部钝化100 nm厚HfO_(2)后的氢终端金刚石MOSFET,在纵横比为7.5的情况下实现了约-3×10^(-7)mA/mm的漏极泄漏电流,射频特性测试表明其截止频率和最高振荡频率分别为6.1 GHz和11.1 GHz。以上结果表明,本文提出的Al_(2)O_(3)/HfO_(2)双钝化层氢终端金刚石MOSFET在高可靠和高频应用方面具有重要意义。

关键词： 基尔霍夫电压定律   升压变换器   电压增益分析  

摘要： 对基于基尔霍夫电压定律的Boost变换器电压增益分析方法进行了研究。该方法能够使学生更加直观理解变换器实现升压的原理,无需对整个开关周期进行复杂的模态分析就能获得变换器电压增益特性,且利用该方法可以进一步推导得到高升压Boost类变换器的电路结构与实现方法。通过实验验证了分析结果的正确性,所提方法为分析、理解和研究Boost类变换器电压增益特性提供了新的视角。

关键词： 结温   热敏电参数   开通延迟时间  

摘要： 随着工业需求的发展,对功率晶体管的可靠性提出了更高的要求。器件结温的实时测量因能够起到保证器件正常工作的作用而至关重要。通过对开通延迟时间在线测量方法的研究,设计测量电路测量不同结温下的开通延迟时间,建立二者关系;测量实际工况下的开通延迟时间,反推出器件结温,实现器件结温的在线测量。与红外测温枪测量结果进行对比,结果相近。所提基于开通延迟时间的MOSFET结温的在线测量方法,为今后结温的在线测量提供了新思路。

关键词： SiC MOSFET   串扰抑制   桥式电路   栅极驱动电路  

摘要： 针对传统驱动中SiC MOSFET在高开关频率下其寄生参数造成的桥臂串扰更加严重,而现有抑制串扰驱动电路多以增加开关损耗、增长开关延时和增加控制复杂度为代价的问题,根据降低串扰产生过程中驱动回路阻抗的思路,提出1种在栅源极间增加PNP三极管串联二极管和电容的新型有源米勒钳位门极驱动设计,分析其工作原理,并对改进驱动电路并联电容参数进行计算设计;搭建直流母线电压为300 V的同步Buck变换器双脉冲测试实验平台,分别与传统串扰抑制电路、典型串扰抑制电路的正负向串扰电压尖峰抑制效果和开通关断速度进行对比分析。实验结果表明,所提串扰抑制驱动电路正负向电压尖峰分别比传统和典型串扰抑制电路降低了80%和40%,同时减少了32%的器件开关延时。

关键词： SiC金属−氧化物半导体场效应晶体管   功率器件   单粒子效应   重离子加速器   仿真研究   试验研究  

摘要： SiC金属−氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为第三代航天器用半导体器件,在应用前须经过抗单粒子效应试验评估。文章探究重离子加速器恒定式和脉冲式束流源这两种不同类别的辐照源对SiC MOSFET单粒子效应的影响。试验结果表明两种束流源对SiC MOSFET漏电退化影响不同。采用TCAD对SiC MOSFET单粒子效应进行仿真的结果显示,当2个离子在相差100 ps的间隔时间内轰击器件时,离子间会发生相互作用,使得电场增强,对器件的栅氧化层造成损伤。尽管这种相互作用对器件发生单粒子烧毁的阈值电压无显著影响,但漏电退化现象有明显差异。研究结果可为SiC MOSFET的单粒子效应试验提供参考。

关键词： 碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管   结温监测   电压过冲   可靠性  

摘要： 考虑到传统的热敏电参数法监测碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC metal oxide semiconductor field effect transistor，SiC MOSFET）结温灵敏度低的问题。本文提出了一种基于关断漏源极电压过冲的结温在线监测方法。首先，考虑了母线电压、驱动电阻和负载电流对关断电压过冲的影响，研究了结温与关断漏源极电压的关系；然后，分析实验数据建立SiC MOSFET模块结温预测模型。最后，实验表明SiC MOSFET关断瞬间器件漏源极电压的过冲量与结温呈线性关系，所提出的方法对温度变化具有良好的线性度和温度敏感性。

关键词： 沟槽MOSFET   超级结   元胞   特征导通电阻   高能注入  

摘要： 超级结MOSFET是高压分立器件中的重要分支。但是超级结在中-低压段，特别是在低压段器件中应用较少且相关研究也不多。因此，研究中-低压段的超级结制作工艺，有利于采用超级结改善低压器件的综合特性。仿真显示，传统沟槽栅极器件的Rsp优化余地有限，但是采用超级结，器件的Rsp可降低超50%。实验结果显示，超级结-沟槽栅器件的BV达85 V，与仿真一致。阈值电压偏高且Rsp改善20%。这表明超级结-沟槽栅在中-低压段分立器件中有非常大的实用价值，相比沟槽栅器件，Rsp改善预估在35%～40%之间。

关键词： SiC MOSFET   浪涌   极端工况   热网络   安全工作区  

摘要： 碳化硅（silicon carbide，SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET)在实际运行中通常会面临浪涌极端工况，导致器件失效。浪涌安全工作区（safe operating area， SOA）是衡量其可靠性的重要指标。目前浪涌SOA的评估需要多次破坏性实验，成本高昂。为此，本文提出一种SiC MOSFET器件浪涌SOA的低成本评估方法。首先建立SiC MOSFET温度计算有限元模型，利用特征正交分解（proper orthogonal decomposition，POD）算法降低有限元模型阶数形成降阶模型，并基于降阶模型建立SiC MOSFET器件的热网络模型，同时考虑器件温度对热网络模型参数的非线性影响。其次，建立SiC MOSFET体二极管的电路模型，与热网络模型关联形成电热耦合模型。之后，基于电热耦合模型构造不同浪涌工况与SiC MOSFET器件温度的数据集，并引入Kriging代理模型揭示工况与器件温度的映射关系，实现SiC MOSFET器件浪涌SOA的快速评估。最后通过破坏性测试验证所提浪涌SOA评估方法的有效性。

关键词： SiC MOSFET   结温检测   电压下降时间   温敏电参数  

摘要： 随着功率器件在航天航空、轨道交通和电动汽车等领域的广泛应用,其可靠性问题备受关注,准确估计器件结温是确保电力电子装置运行可靠性的关键因素,同时也是实现SiC MOSFET器件寿命预测和健康管理的基础。以SiC MOSFET为研究对象,研究SiC MOSFET开通过程漏源极电压下降时间(tfv)与结温的关系,提出一种基于电压下降时间的结温测量方法;设计基于高频信号的电压下降时间检测电路和驱动电阻可切换的结温检测系统。试验结果表明,大驱动电阻下SiC MOSFET电压下降时间在结温表征方面具有温度灵敏度高、线性度好的优势,可作为温敏电参数测量SiC MOSFET结温;所设计的检测电路提取的电压下降时间具有很高的准确度,能够有效提取电压下降时间;所搭建的结温检测系统能够实现在线检测结温。

关键词： 欧姆定律   串联   并联   正比   列方程   等效替代  

摘要： 伏安法测电阻的实验原理表明:缺一个电流表或电压表时,仍然需要间接得到电流或电压值才能测出待测电阻,从而总结出特殊方法测电阻的5种类型和5种变形。测电阻实验教学中应从测电阻原理入手,理解其物理本质,从而迁移应用,培养学生的核心素养。