SiC MOSFET功率器件特性参数的提取与拟合

为了对碳化硅(SiC)MOSFET功率器件的特性参数进行全面的研究,提出了一种碳化硅(SiC)MOSFET变温度参数模型,该模型考虑了功率器件中封装引脚寄生电感、内部寄生电容、体二极管等特性参数,并根据器件的开关过程中的不同阶段,将功率器件中的导电沟道等效为不同电路模型.为获取该模型中的涉及的特性参数,搭建了基于Agi...     

6.5kV高压全SiC功率MOSFET模块研制

该文报道6.5kV、25A及100A两款全碳化硅(silicon carbide,SiC)功率金属场效应晶体管(metal oxide field-effect transistor,MOSFET)模块制备及测试结果。两款模块所采用的6.5kV SiC MOSFET及SiC肖特基二极管芯片均采用自主研制的高压SiC芯片,充分显示了在SiC材料外延、器件制备及模块封装领域国产化方面的巨大进展。该文报道6.5kV、25A和100A两款模块动静态性能表征结果,并与国际研究报道水平做对比分析。室温下,两款模块导通能力分别大于25A和100A;栅源短接,在漏极电压6.5kV时,模块漏电流分别为2.0μA和8.77μA。对6.5kV、25A模块动态参数、开关波形进行测试,以表征单管芯MOSFET动态性能特性。在工作电压3.6kV、导通电流25A下,对模块进行动态测试,结果表明,SiC MOSFET具有快速的开关特性,其中开通时间(开通损耗)和关断时间(关断损耗)分别为140ns(12.3m J)和84ns(1.31m J)。测试结果表明,研制的全SiC模块具有优越的动静态性能,相对传统硅6.5kV...     

SiC MOSFET器件抗辐照特性研究

针对SiC功率金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)器件进行了抗辐照试验的研究,利用实验室环境模拟空间辐照进行了试验,采用~(60)Coγ射线源与测试系统开展了总剂量辐照试验研究,对SiC MOSFET器件的阈值电压与导通电阻的漂移进行了表征,得到辐照后阈值电压的漂移小于0.8 V,导通电阻的变化小于0.02?。同时采用Br、I、Au三种离子作为单粒子辐射源,研究了SiC MOSFET器件的单粒子栅穿(single event gate rupture,SEGR)和单粒子烧毁(single event burnout,SEB)机制。通过试验获得了SiC MOSFET器件抗辐照特性参数,为其在航空、航天等领域中的应用提供了技术参考。     

功率MOSFET器件安全工作区的研究

功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的热不稳定现象,限制了MOSFET的安全工作区。为得到符合实际的安全工作区,建立了一种分析模型,综合考虑了电流温度系数、热阻等因素,分析解释热不稳定产生条件,通过与实验数据的对比,证明了模型的正确性,得到了更符合实际的安全工作区。     

梯度放大器中MOSFET器件功率损耗分析

为分析梯度放大器样机中MOSFET器件的功率损耗,建立了适用于样机使用的MOSFET的器件行为模型,并通过简化实际电路的方法建立了仿真分析电路。在此基础上完成了不同工作状况下MOSFET器件及负载的功率损耗仿真分析;同时在梯度放大器样机上完成了相应工作状况的实验测量。仿真分析数据和实验结果表明了,二者对应波形吻合,且不同工作状况下功率损耗的计算结果误差在±10%以内,仿真分析可有效的应用于器件功率损耗分析。     

SiC功率器件的研究和展望

分析了碳化硅(SiC)功率器件的研究现状与发展趋势,给出了在SiC功率整流二极管、SiC功率晶体管以及关键工艺中取得的最新研究成果.研制出了具有较好整流特性的SiC肖特基势垒二极管,并对其输运机理和高温特性进行了研究.研制成功了国内第一个SiC MPS二极管,耐压高达600V,正向电压为3.5V时电流密度可达1 000A/cm2.研制出国内第一个SiC MOSFET和第一个SiC BCMOSFET.所制备的SiC BCMOSFET可得到最高为90 cm2/(V·S)的有效迁移率.分析了界面态电荷和界面粗糙对SiC MOSFET反型层迁移率的影响,其结果对提高SiC MOSFET器件特性有一定指导作用.     

SiC功率器件的开关特性探究

与Si功率器件相比,SiC功率器件因其阻断电压高、开关频率高和工作温度高的性能特点,显示出广阔的应用前景。本文分析了SiC肖特基二极管和SiC MOSFET的开关特性,重点研究其与Si功率器件的特性与应用差异。设计制作了基于Buck变换器的测试实验样机,分别采用Si功率器件和SiC功率器件进行测试,对测试结果进行了对比分析。实验结果验证了文中分析的开关特性差异,从而为SiC功率器件的优化选择和应用提供了一定依据。     

基于扩展规格书数据的SiC功率MOSFET建模

本文提出一种实用的SiC功率MOSFET建模方法。所建立的模型可在图形化仿真软件中实现,用于电力电子电路损耗分析。首先,基于器件规格书数据建立器件的静态模型;然后,对SiC功率MOSFET的物理结构、物理特性进行分析,依据分析结果对规格书数据进行扩展,建立模型的各个动态部分,从而构成完整的模型;最后,建立多种商用SiC功率MOSFET模型,并对模型进行仿真和实验验证,验证结果显示模型具有令人满意的精度和适用范围。本文建模方法所用数据仅源自产品规格书,无须通过测量获取规格书之外的其他数据。     

3 300V SiC SBD嵌入式MOSFET研制

研制了一种3 300 V 碳化硅（silicon carbide, SiC） 肖特基二极管（schottky barrier diodes,SBD）嵌入式金属-氧化物半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductor field effect transistors,MOSFET）,即在传统MOSFET结构中集成一个由钛形成的肖特基接触。在芯片制造过程中,通过增加Ni退火后的表面处理工艺,使得栅源短路失效率降低约58%。研究发现,当二极管电流密度J_SD=100 A/cm²时,嵌入式二极管电压降V_SD（SBD）=2.1 V,寄生二极管的开启电压约为8 V,这说明嵌入式SBD可以抑制MOSFET寄生二极管开启,降低碳化硅MOSFET“双极退化”风险。另外,该芯片的阈值电压为3.05 V,比导通电阻和阻断电压分别为18.9 mΩ·cm²和3 955 V,在高压轨交市场具有广阔的应用前景。     

新型功率器件IGBT研制

对ＩＧＢＴ的伏安特性，开关特性及闩锁效应进行了系统研究，结合实施工艺对ＩＧＢＴ版图及工艺进行了优化设计。合作开发了适合制作ＩＧＢＴ的异型厚外延材料。研制成功了１０Ａ／８００Ｖ，２０Ａ／１０５０Ｖ的ＩＧＢＴ芯片，并给出了测试结果。     

Si IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究

综述了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件在门极优化控制策略、集成驱动设计、热电耦合损耗模型、芯片尺寸配比优化和混合功率模块研制等方面的最新研究成果与进展。Si IGBT/SiC MOSFET混合器件结合了SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力和低成本优势,已有文献的最新研究和实验结果验证了该类器件的优异特性,表明其对高性能电力电子器件实现更高电流容量、更高开关频率和较低成本具有重要意义,是高性能变换器应用中非常有潜力的功率器件类型。     

可编程双向功率MOSFET恒流源的研制

介绍了一种可编程双向功率ＭＯＳＦＥＴ恒流源的组成及原理,并通过实际测试,表明其性能良好。     

高频感应加热电源功率器件MOSFET驱动电路

针对多管并联的MOSFET驱动这一难题,通过分析MOSFET开关过程,得出了MOSFET开关转换对驱动电路的要求,以及驱动电流和驱动功率的计算方法,最后采用脉冲变压器法设计了高频感应加热电源功率器件的驱动电路,并给出了电路的设计参数及实验波形.     

SiC MOSFET开关损耗模型

相比于硅(Si)功率器件,碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)具有耐高温、耐高压、低导通电阻、快速开关等优势,能够极大提升开关速度、减小损耗。传统封装所引入的寄生电感(特别是共源极寄生电感)及SiC MOSFET自身特性参数的非线性现象对于SiC器件的损耗有待进一步评估。针对上述问题提出一种SiC MOSFET的开关损耗模型,并采用热学方法进行了开关损耗的测试。实验结果验证了该模型的准确性,为SiC MOSFET的电路设计提供指导和帮助。     

超高频感应加热功率器件MOSFET突波抑制探讨

本文主要探讨超高频电磁感应加热电源中MOSFET功率器件应用时,为达到高稳定度,设计时需研究相关技术：包括以零电压切换技术来达到突波抑制、防止功率器件震荡的MOSFET小信号模式分析、RBSOA的量测、MOSFET失效检测、器件温度影响等课题。研究构建了3 kW超高频感应加热电源,工作频率最高可达1MHz,硬件架构采用串联共振系统,藉此研讨该电源相关课题     

考虑器件工作温度影响的Si C功率MOSFET建模

提出一种基于MATLAB/Simulink的SiC功率MOSFET全工作区变温度参数建模方法。在Si基横向双扩散MOSFET模型的基础上,采用与温度相关的电流源和电压源补偿器件漏极电流和阈值电压的变化。通过补充实验拓展SiC功率MOSFET的饱和区工作特性曲线,并根据Si C功率MOSFET的工作特性,采用数学拟合的方法来提取模型参数。在保留各个参数物理意义的同时,摆脱建模过程对物理参数的依赖。在不同电压、电流及温度(25~200℃)的情况下对器件的输出特性、转移特性、阈值电压、导通电阻及开关损耗进行测试,将测试结果与MATLAB/Simulink模型仿真结果进行性比较。模型仿真结果与实际测试结果一致,开关损耗误差在7%之内,验证了模型的准确性及有效性,为实际应用Si C功率MOSFET时系统性能及损耗分析提供参考依据。     

SiC功率器件在Buck电路中的应用研究

近年来,一种新型半导体器件碳化硅(SiC)以其优良的性能逐渐受到人们的关注。介绍了SiC的材料特性及基于SiC的功率开关器件的特性,并对其在Buck电路中的应用进行了探索。主要对SiC器件的特性参数进行分析,并对Buck电路的主功率部分及控制驱动部分进行了设计。通过设计Buck电路并进行仿真实验,验证了理论设计的正确性。实验结果表明,SiC MOSFET器件在高频大电压的应用场合相对于硅(Si)MOSFET器件有着开关损耗低,效率高等优点。     

基于体效应的SiC MOSFET器件栅极老化监测方法研究

长期以来,栅极老化一直是SiC MOSFET器件可靠性研究的关键,而偏置温度不稳定性则是栅极老化的重要现象。由于栅极老化的偏置温度不稳定性存在应力撤出后的恢复现象,如能在可靠性实验中快速、准确地监测SiC MOSFET器件的栅极老化变化量,对可靠性研究具有重要意义。因此,文中提出一种新的栅极老化监测方法。该方法以体效应下的阈值电压VTH(body)为基础,建立理论模型来描述VTH(body)和栅极老化之间的关系。提出在栅极电压开关过程中从体二极管电压–栅极电压曲线中得到VTH(body)的方法,并详细研究实验参数对VTH(body)的影响。此外,通过高温栅偏实验对VTH(body)的实用价值进行验证,并与栅极老化参数阈值电压VTH进行对比。实验结果证明,提出的新型栅极老化监测方法可以实现栅极老化的快速、准确及非恒温环境监测。