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关键词： 碳化硅   功率半导体   栅极氧化层   可靠性筛选  

摘要： 随着碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)功率器件的广泛应用,其面临的栅极可靠性问题亟待解决,本文回顾了平面栅极碳化硅垂直MOSFET功率器件的栅极结构以及目前业界常用的栅氧筛选方法,介绍了栅氧早期失效物理模型并且讨论了这些物理模型与筛选方法之间的适用性。

关键词： 开关振荡   栅氧老化   状态监测  

摘要： 随着SiC MOSFET的大量应用,其栅氧可靠性成为了备受关注的热点问题。然而现有研究主要关注正应力条件下的老化,对负应力引起的栅氧老化缺乏研究。首先,介绍了SiC MOSFET栅氧老化机理并分析监测参数的影响。然后,建立SiC MOSFET开通过程的高频振荡等效模型,并分析栅氧老化对监测参数,即栅极开通振荡电流峰值的影响。最后通过双脉冲实验和Buck电路研究了负栅极偏置下的开关过程中的SiC MOSFET各特征参数。研究结果表明,负栅偏加速老化200 h后阈值电压降低了51%,栅极开通振荡电流峰值增加了39%,此处的研究可为SiC MOSFET在负栅极偏置下的状态监测提供支撑。

关键词： Ga_(2)O_(3)金属氧化物半导体场效应晶体管   栅场板   单粒子烧毁   TCAD仿真  

摘要： 设计了1种抗单粒子烧毁(single event burnout,SEB)效应能力较强的栅场板型结构Ga_(2)O_(3)MOSFET器件,并与平面型结构进行了对比,采用基于计算机辅助设计(technology computer aided design,TCAD)的商用半导体器件仿真模拟软件研究了2款器件发生SEB前后内部载流子浓度、电流密度等电学参数分布特性,深入研究了Ga_(2)O_(3)MOSFET器件发生SEB的机理及引入栅场板结构后SEB阈值电压增大的原因。在此基础上,对器件的结构进行优化,获得了抗SEB性能较好的结构参数。研究结果表明:2款Ga_(2)O_(3)MOSFET器件发生SEB的机理都是由于其内部难以实现p型掺杂,主要是电子导电,当器件处于关断状态时,栅极下方会形成耗尽区,而重离子入射碰撞离化产生的电子在耗尽区的积累会对衬底层中电子通道的开启具有显著影响。当器件发生SEB时,源极的电子会通过V型的电子通道流向漏极,使得器件发生短路,产生大电流并烧毁;与平面型Ga_(2)O_(3)MOSFET器件相比,引入栅场板结构的器件在沟道区域的峰值电场强度由2.9 MV·cm^(-1)降低至1.7 MV·cm^(-1),从而降低了重离子入射器件后,碰撞离化产生载流子的速率,另一方面,引入栅场板结构也扩大了耗尽区的范围,使得栅极的控制能力增强,将器件发生SEB的阈值电压从110 V提升至340 V;最后通过仿真优化SiO_(2)钝化层的厚度以及栅场板的长度,得到了抗SEB能力更强的器件结构参数,进一步将器件SEB阈值电压提升至380 V。

关键词： 功率耗散   栅极驱动   散热分析   耗散功率   集成电路   结温   MOSFET   功率损耗  

摘要： 高频率开关的MOSFET和IGBT栅极驱动器,可能会产生大量的耗散功率。因此,需要确认驱动器功率耗散和由此产生的结温,确保器件在可接受的温度范围内工作。高压栅极驱动集成电路(HVIC)是专为半桥开关应用设计的高边和低边栅极驱动集成电路,驱动高压、高速MOSFET而设计。《高压栅极驱动器的功率耗散和散热分析》白皮书从静态功率损耗分析、动态功率损耗分析、栅极驱动损耗分析等方面进行了全面介绍。

关键词： 半导体器件   碳化硅   栅氧可靠性   功率循环   栅偏试验  

摘要： SiC MOSFET在车载逆变、充电设备上应用前景广阔,随着国家能源战略的转型升级,其市场规模有望进一步扩展。栅氧可靠性是SiC MOSFET最受关注的问题之一,但传统试验方法在应用于新产品时面临有效性低、时效性差的问题,本文讨论了3种可用于栅氧可靠性快速评估的试验方法,总结了不同方法的试验原理、典型试验现象,讨论了各方法的适用性,介绍了包括阈值电压、栅极漏电流的特征参数退化现象和提取方法。

关键词： 碳化硅   MOSFET   解析模型   驱动电源   耦合电容  

摘要： 高压SiC MOSFET更快的电压变化率dv/dt,导致其驱动遭受更严重的共模干扰,而现有高隔离电压驱动电源大多又存在耦合电容高、共模瞬态抗扰度(CMTI)能力弱、转换效率低等问题,因此该文设计一种兼具高隔离电压、高转换效率的低耦合电容驱动隔离电源。首先,基于有源钳位反激变换器,提出一种驱动隔离电源耦合电容等效简化解析模型,并通过仿真、实验验证解析模型可行性;其次,基于该模型分析耦合电容影响因素及其优化方法,为低耦合电容的驱动电源设计提供参考;最后,通过实验评估所提低耦合电容高压SiC MOSFET驱动隔离电源性能。结果表明,该文驱动隔离电源额定转换效率约80%,工频耐压高达18 kV,且耦合电容不足2 pF,CMTI能力强。

关键词： 功率SiC MOSFET   电力电子器件建模   数学模型   收敛模型   高精度  

摘要： 传统SiC MOSFET模型为提高精度,通常采用分段函数对不同工作区进行建模,但这带来了模型收敛性不足的问题,难以应用于高频仿真电路。该文提出一种连续函数描述的、具有高精度和强收敛性的SiC MOSFET数学模型。构建单一连续函数描述SiC MOSFET在线性区和恒流区内的静态特性;提出带有收敛电阻的非线性电容模型,并针对不同寄生电容构造相应的拟合函数进行建模;此外,体二极管的建模考虑了结温和栅源电压的影响。仿真结果与手册实测数据的对比分析表明,静态模型仿真结果的皮尔逊相关系数大于0.99,寄生电容拟合的平均相关系数达到0.994 8,体二极管模型与实际伏安特性高度匹配。在室温(TJ=25℃)和高温(TJ=150℃)两种条件下基于C2M0025120D进行了300 V/30 A双脉冲实验,对比验证了仿真模型与实验结果在开断特性方面具有良好的一致性。最后将模型应用在级联H桥多电平逆变器,验证了其在复杂电路仿真中的收敛性。

关键词： N型MOSFET   总剂量效应   失效阈值   测试系统  

摘要： 抗辐照电机驱动器研发需要准确获取电桥电路金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)器件的总剂量效应失效阈值,电流-电压、电容-电压等离线测试方法,无法真实反映器件开关性能随累积剂量增加的连续变化过程。因此,针对MOSFET器件总剂量效应的在线测试需求,设计了基于高速信号采集及存储的通用化测试系统,具备被测样品驱动、高频信号采集、高速数据存储、数据模块管理等功能。利用典型商用MOSFET器件开展了总剂量效应测试,结果显示,当吸收剂量达598.08±41.54 Gy(Si)时,样品采集方波波形开始出现异常,低电平电压升高至0.82 V,高电平电压始终正常;随着累积剂量的增大,低电平电压持续性升高至1.08 V,并进一步升高至1.24 V,但器件开关功能保持正常;当累积剂量达1775.41±219.68 Gy(Si)时,采集波形跳变为2.93 V的直线,无方波信号输出,经判断MOSFET开关功能完全受损。

关键词： 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管   栅氧可靠性   评估方法   极端工况  

摘要： 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field effect transistor)因具有高压、高频、低导通损耗等优异特性而获得产业界广泛关注,但相比于硅基IGBT,SiC/SiO_(2)栅氧界面高缺陷密度引起的栅氧可靠性问题成为制约SiC MOSFET器件规模化应用的关键瓶颈。通过对近年来国内外SiC MOSFET栅氧可靠性研究成果的梳理和分析,阐述了当前栅氧可靠性问题的形成原因,归纳总结了各类常用的栅氧可靠性评估方法,并进行了比较分析,最后重点探讨了极端工况下SiC MOSFET栅氧可靠性及其提升技术的发展现状。

关键词： 脉冲源   容性负载   MOSFET   Marx电路   长脉宽  

摘要： 针对宽频测量系统量值传递需求,基于Marx电路设计了一款单极性方波脉冲源。该脉冲源以MOSFET器件为核心,采用光纤隔离驱动方案实现10 kV的方波脉冲输出。采用叠层结构搭建12级样机,实现了脉冲发生器的模块化与小型化。实验结果表明:该方波脉冲源在带300 pF以下的容性负载时可实现前沿小于百纳秒、输出电压kV级别、脉宽200μs的脉冲输出。该电源适用于宽频测量设备的方波响应性能实验等脉冲功率相关用途。