1200 V SiC MOSFET重复非钳位感性开关测试的退化机制研究

为了研究1200 V SiC MOSFET在重复非钳位感性开关(Unclamped-Inductive-Switching, UIS)应力下的电学参数退化机制，基于自行搭建的UIS实验平台以及Sentaurus仿真设计工具，首先深入分析了重复UIS测试后器件静态参数与动态参数的退化；接着基于FN隧穿公式对栅极漏电流数据进行拟合，得到随着UIS测试次数增加SiC/SiO₂界面的势垒高度从2.52 eV逐渐降低到2.06 eV;最后解释了SiC MOSFET在重复UIS测试后的电流输运过程。结果表明，在重复雪崩应力的作用下，大量的正电荷注入至结型场效应管区域上方的栅极氧化层中，影响了该区域的电场分布以及耗尽层厚度，导致被测器件(Device Under Test, DUT)的导通电阻、漏源泄漏电流、电容特性等电学参数呈现出不同程度的退化，并且氧化物中的正电荷的积累也使电子隧穿通过栅介质的电流得到了抬升。     

用于功率MOSFET的新型栅电荷测试电路

栅电荷是用于衡量功率MOSFET开关性能的重要参数,通常采用在栅极输入电流阶跃信号的方法来测量。一种新型的栅电荷测试电路被提出,该测试电路使控制信号从MOSFET的源极输入,从而消除了控制信号对栅极输入电流的影响。因为输入电流太小不能直接测量,测试时采用测量电压阶跃信号的方法来衡量电流阶跃信号的性能。与以往的测试电路对比结果表明,该电路可以使MOSFET栅极输入的电流更接近于理想的电流阶跃信号,该信号上升时间小于100 ns,并且上升后稳定,因此提高了栅电荷测量的准确度。     

SiC MOSFET栅极电参数退化机理及耦合关系

栅极一直是SiC MOSFET可靠性研究的重点,栅极老化过程中电参数之间的耦合关系对栅极可靠性研究有至关重要的作用。为此,搭建了能够同时监测阈值电压和栅极漏电流的高温栅偏(HTGB)试验平台。研究了HTGB下阈值电压和漏电流的退化趋势和影响,基于氧化层注入电荷量深入分析了两者之间的耦合关系。结果表明,热应力对载流子隧穿影响较为明显,对陷阱捕获的载流子影响相对较小,而场强则对两者均具有显著的影响。此外,提出了减小阈值电压漂移对SiC MOSFET均流特性影响的方法,指出了栅极漏电流下降现象的本质是栅极陷阱充电,并给出了栅极老化过程中漏电流失效基准值选取的方法。该研究结果为深入理解SiC MOSFET的栅极失效机理提供了理论指导。     

一种抑制SiC MOSFET电压电流过冲的有源门极驱动电路

相较于Si MOSFET,SiC MOSFET的高电子迁移率使其能支持更高的开关速度，但与此同时会产生更大的电压、电流过冲，影响其应用的可靠性。提出了一种用于抑制SiC MOSFET漏源电压v_ds与漏极电流i_d过冲的有源门极驱动(AGD)电路，通过检测v_ds和i_d变化率(dv_ds/dt和di_d/dt),利用高速模拟反馈回路控制门极驱动电流的方式来调节dv_ds/dt与di_d/dt,进而减小v_ds与i_d过冲。此外，将AGD方案拓展到电流源驱动电路，提出了电流源有源门极驱动(ACGD)电路。相较于传统门极驱动(CGD),ACGD方案同时具有更快的开关速度与更小的电压、电流过冲。基于双脉冲电路对比了CGD与ACGD的不同效果，在采用ACGD电路后，电流过冲减小了20%,延时减少了30 ns;电压过冲减小了约7%,延时减少了60 ns,电压上升速率提高了约44%。     

碳化硅MOSFET电学参数的电容-电阻法评估

阈值电压、栅内阻、栅电容是碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的重要电学参数,但受限于器件寄生电阻、栅介质界面态等因素,其提取过程较为复杂且容易衍生不准确性。文章通过器件建模和实验测试,揭示了MOSFET的栅电容非线性特征,构建了电容-电阻串联电路测试方法,研究了SiC MOSFET的栅内阻和阈值电压特性。分别获得栅极阻抗和栅源电压、栅极电容和栅源电压的变化规律,得到栅压为-10V时的栅内阻与目标值误差小于0.5Ω,以及串联电容相对栅源电压变化最大时的电压近似为器件阈值电压。相关结果与固定电流法作比较,并分别在SiC平面栅和沟槽栅MOSFET中得到验证。因此,该种电容-电阻法为SiC MOSFET器件所面临的阈值电压漂移、栅极开关振荡现象提供较为便捷的评估和预测手段。     

1200V大容量SiC MOSFET器件研制

采用平面栅MOSFET器件结构,结合优化终端场限环设计、栅极bus-bar设计、JFET注入设计以及栅氧工艺技术,基于自主碳化硅工艺加工平台,研制了1200V大容量SiC MOSFET器件.测试结果表明,器件栅极击穿电压大于55V,并且实现了较低的栅氧界面态密度.室温下,器件阈值电压为2.7V,单芯片电流输出能力达到50A,器件最大击穿电压达到1600V.在175℃下,器件阈值电压漂移量小于0.8V;栅极偏置20V下,泄漏电流小于45nA.研制器件显示出优良的电学特性,具备高温大电流SiC芯片领域的应用潜力.     

SiC JFET与SiC MOSFET失效模型及其短路特性对比

建立了两种碳化硅（SiC）器件JFET和MOSFET的失效模型.失效模型是在传统的电路模型的基础上引入了额外附加的泄漏电流,其中,SiC JFET是在漏源极引入了泄漏电流,SiC MOSFET是在漏源极和栅极引入了泄漏电流;同时,为了体现温度和电场强度与失效的关系,用与温度和电场强度相关的沟道载流子迁移率代替了传统电路模型所采用的常数迁移率.有关文献的实验结果和半导体器件的计算机模拟（Technology Computer Aided Design,TCAD）验证了两种SiC器件失效模型的准确性.所建立的失效模型能够对比SiC JFET和SiC MOSFET的短路特性.     

TPAK SiC车用电机控制器功率单元的并联均流设计与实现

SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)作为车用电机控制器功率单元的核心器件，其并联不均流问题是影响电机控制器安全稳定运行的关键因素。对于热增强塑料封装(TPAK)SiC MOSFET功率模块实际应用中的不均流问题，首先通过理论推导和仿真，对影响SiC并联均流的器件参数、功率回路参数、驱动回路参数进行了全面的分析总结。然后结合仿真结果对电机控制器进行均流优化设计，其中包括对TPAK SiC MOSFET进行测试、筛选和分析，减小器件参数分散性的影响；基于器件开关特性，对功率模块的驱动回路采用单驱动器多推挽结构，减小驱动回路对并联均流的影响；设计了一种叠层母排结构，在ANSYS Q3D中提取到功率回路寄生电感为9.649 nH,采用ANSYS Q3D和Simplorer进行联合双脉冲仿真，电流不均衡度小于3%。最后，进行了电机控制器样机的试制及测试，实际测试结果表明电流不均衡度小于5%,验证了在车用电机控制器应用中TPAK SiC MOSFET模块均流设计的可行性。     

栅极电阻对GaN MOSFET瞬态特性的影响研究

为了研究栅极电阻对GaN MOSFET的开关速率和输出特性中出现振荡的影响,首先利用MOSFET的基本公式对其导通和关断时的输出瞬态电流进行了理论推导,然后通过实验平台测试GaN MOSFET的瞬态电流值,且与理论值对比,验证栅极电阻带来的影响。实验结果表明,GaN MOSFET的瞬态电流值实验值与理论值基本吻合,在导通和关断时,GaN MOSFET的输出瞬态电流和输出电流的高频震荡均随栅极电阻的增加而减小。栅极电阻从10 Ω变化到100 Ω时,导通时开关速率上升率占总开关速率上升率的84.7%,关断时开关速率下降率占总开关速率下降率的54.06%。在栅极电阻为10~100 Ω范围内,GaN MOSFET具有较快的开关速度。     

工作在动态阈值MOS的特性研究

通过将衬底和栅极连接在一起实现了MOSFET的动态阈值,DTMOS与标准的MOSFET相比具有更高的迁移率,在栅极电压升高时DTMOS阈值电压会随之降低,从而获得了比标准的MOSFET大的电流驱动能力。DTMOS是实现低电压、低功耗的一种有效手段。     

应用于宽带的AlGaN/GaN MIS-HEMT高效率器件（英文）

本文采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)生长的SiN_x栅介质制备了宽带应用的AlGaN/GaN金属绝缘体半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs),并在直流、小信号及大信号测试中评估了该介质层对器件性能的提升。测试结果表明改进器件具有高质量界面、宽栅极控制范围、良好的电流崩塌控制等优势,并确认了其在超过5 GHz下工作时仍能保持较高的功率附加效率(PAE)。在5 GHz连续波模式下,漏极电压V_DS=10 V时,MIS HEMT输出功率密度为1.4 W/mm,PAE可达到74.7%;V_DS增加到30 V时,功率密度提升到5.9 W/mm,PAE可保持在63.2%的水平;测试频率增加30 GHz,在相同的输出功率水平下,器件的PAE达到50.4%。同时,高质量栅极介电层还可允许器件承受高的栅极电压摆动：在功率增益压缩6 dB时,栅极电流保持在10^-4 A/mm。上述结果证实了该SiN_x栅介质对器件性能的提升,使其满足宽带应用的高效率、高功率和可靠性要求,为系统和电路的宽带设...     

基于Matlab/Simulink的SiC MOSFET建模与分析

针对现阶段SiC MOSFET建模研究无法应用在电机控制系统领域的现状,提出了一种基于Matlab/Simulink的SiC MOSFET仿真电路模型。对功率器件的动态特性和静态特性进行综合分析,采用非分段受控电流源模型模拟功率器件静态特性,具体分析SiC MOSFET的开关过程,同时采用曲线拟合的方法对影响器件开关过程的非线性电容进行表征,在Matlab/Simulink中建立SiC MOSFET等效电路模型。为了验证模型准确性,将仿真结果与数据手册中的数据进行比较分析,仿真结果表明所建模型可以较为准确地描述SiC MOSFET动、静态特性,开通时间和关断时间误差均小于7%,对比结果验证了模型的准确性和有效性。建立的模型为SiC MOSFET在电机控制策略仿真及应用领域提供了参考依据。     

热门产品

MAX622/623电源对高边n沟道- MOSFET开关和控制电路提供方便的栅极驱动电压源.使用充电泵电压转换器,集成电路产生了高于系统电压(V_(cc))11V的稳压电压.如果没有升高的栅极电压,就无法使用低成本的n沟道MOSFET.而必须选用一昂贵的5V逻辑电平的MOSFET或一效率相当低且昂贵的p沟道MOSFET或p-n-p晶体管.宽输入范围(3.5V到16.5V)和低静态电流(典型70μA)使得MAX622/623适用于许多开关和控制应用中,并且不论是市电供电、还是电池供电.两种芯片的电源准备好输出(PR)信号,指示在加电期间栅极驱动电压已达到一允许电平.MAX622以8引脚DIP或封装,并需要使用三个廉价的外接电容器.含有电容器不需要外部元件的MAX623为16引脚DIP封装.MAX622和MAX623都有经商业温度范围及工业温度范围测试合格的不同类型.MAX622起价为＄1.99(1000件),MAX623起价为＄3.95(1000件).     

基于并联SiC MOSFET架构的无刷直流电机高效驱动技术研究

为满足机、弹载伺服驱动系统高功率密度与高效率的需求,提出基于并联SiC MOSFET架构的无刷直流电机高效驱动技术。针对四管分立SiC MOSFET并联不均流现象,在分析不均流机理的基础上,采用基于独立驱动的方法提高并联均流效果;并针对SiC MOSFET高速开关过程产生的较高dv/dt问题,提出一种基于PWM信号的同步采集方法,有效地提升了驱动系统鲁棒性。最后,以航空25 kW无刷直流电机驱动系统作为应用对象,通过实验验证了以上方法的有效性。     

AUIR08152S：车用栅级驱动IC

IR推出高度紧凑的AUIR08152S车用栅级驱动IC。 IR AUIR08152S缓冲栅级驱动器允许使用任何标准的小电流栅极驱动器、光电耦合器或CMOS隔离器来驱动开关应用中的大尺寸IGBT或MOSFET,有效地将低功率或功率不足的栅极驱动提升为大电流驱动系统。     

凌特6A MOSFET驱动器驱动标准与逻辑电平N沟道MOSFET,可防止振铃

凌特公司(Linear Technology)推出一个6A MOSFET栅极驱动器LTC4441,使DC/DC控制器能够驱动更高功率的 N 沟道 MOSFET 或多个并联MOSFET,从而提高了DC/DC 控制器的输出功率和效率。LTC4441的栅极驱动电压在5V~8V范围内可调,使设计师能够选择标准门限或逻辑电平 MOSFET,而不仅仅局限于用一种类型的 MOSFET或使用两种不同的MOSFET驱动器。LTC4441还提供具有可调前沿消隐的漏极开路输出,以防止检测功率MOSFET源极电流时振铃。LTC4441具有从 5V~25V的宽输入电源电压范围,为电信和工业系统中增加输出功率能力提供了一…     

功率MOSFET并联均流仿真分析

研究多个功率MOSFET并联均流问题。由于市场上的MOSFET功率普遍较小,当电路要求大电流时可将多个MOSFET并联,但一些因素会造成并联管电流分配不均从而导致管子损坏。从器件参数、栅极驱动参数、电路布线三方面分析了各参数对并联功率MOSFET电流分配以及功率损耗的影响,对各参数使用Pspice软件进行了仿真并提出了相应的均流措施,通过仿真结果进行对比,结果验证了均流措施的有效性。仿真方法和结论对实际应用有一定的参考价值。     

优化SiC MOSFET的栅极驱动

<正>在高压开关电源应用中,相较传统的硅MOSFET和IGBT,碳化硅（以下简称“SiC”）MOSFET有明显的优势。使用硅MOSFET可以实现高频（数百千赫兹）开关,但它们不能用于非常高的电压（>1000V）。而IGBT虽然可以在高压下使用,但其“拖尾电流“和缓慢的关断使其仅限于低频开关应用。SiCMOSFET则两全其美,可实现在高压下的高频开关。然而,SiCMOSFET的独特器件特性意味着它们对栅极驱动电路有特殊的要求。了解这些特性后,设计人员就可以选择能够提高器件可靠性和整体开关性能的栅极驱动器。在这篇文章中,     

SiC MOSFET栅极驱动电路研究综述

凭借碳化硅(SiC)材料的宽禁带、高击穿电场、高电子饱和速率和高导热性等优点,SiC MOSFET广泛应用在高压、高频等大功率场合。传统基于硅(Si)MOSFET的驱动电路无法完全发挥SiC MOSFET的优异性能,针对SiC MOSFET的应用有必要采用合适的栅驱动设计技术。目前,已经有很多学者在该领域中有一定的研究基础,为SiC MOSFET驱动电路的设计提供了参考。对现有基于SiC MOSFET的PCB板级设计技术进行了详细说明,并从开关速度、电磁干扰噪声以及能量损耗等方面对其进行了总结和分析,给出了针对SiC MOSFET驱动电路的设计考虑和建议。     

新产品快讯

快捷推出新一代IGBT 快捷半导体公司最近推出新一代SMPS Ⅱ IGBT,以取代开关电源(SMPS)、功率因数校正(PFC)及其它大功率产品中使用的500V/600V MOSFET。它们的栅极驱动电压力8至10V,与MOSFET类似,因而不必重新设计栅极驱动电路。新的SMPSⅡ IGBT可以代替大功率MOSFET或者取代几个并联的MOSFET。与MOSFET相比,SMPS Ⅱ IGBT技术的功率密度、系统效率及可靠性都得到改善,系统工作频率可以达到150kHz,而电流不会减小。导通损耗很低,在高温时尤为明显。栅极电荷降低80％。SMPS Ⅱ IGBT可以用于各种功率转换器,包括单开关正向转换器。将SMPS Ⅱ IGBT与Stealth二极管装在一起可以降低EMI、开关损耗及导通损耗,并