高温可靠性试验对SiC MOSFET特性参数的影响

SiC MOSFET可以提升电力电子器件的功率密度,在特高压直流输电、电动汽车等领域有较好的应用前景,但其特性参数的分散性会影响器件的长期稳定运行.对SiC MOSFET进行了168 h的高温栅偏(HTGB)和高温反偏(HTRB)试验.结果 表明,试验前后器件的阈值电压和跨导变化较大,而导通电阻和极间电容变化较小.通过拟合分析得到试验前后器件导通电阻、阈值电压和跨导的变化率与各参数数值之间的拟合曲线.最后基于测试结果,提出了一种针对1 200 V/20 A SiC MOSFET的筛选方法,以降低器件在高温可靠性试验前后的参数变化率,从而提升器件在长期高温环境中的可靠性.     

SiC肖特基二极管的物理模型参数提取

碳化硅(SiC)作为新型材料,在高温、高频和大功率等领域中具有很大的潜力.SiC功率半导体器件在电力电子电路中应用广泛,提取精确的物理模型参数对电力电子电路设计尤为重要.在对SiC肖特基二极管动态特性及其物理模型的分析基础上,确定了其关键的模型参数.结合Matlab和Saber仿真软件,对仿真波形和实验波形进行了对比,并以仿真波形和实验波形的相关系数及迭代次数为目标函数来改进粒子群算法,以改进粒子群优化(IPSO)算法对SiC肖特基二极管内部关键模型参数进行优化辨识.最后,针对IDW30G65C5型号的整流二极管,提取了精确的模型参数,并验证了其有效性.     

第三代半导体SiC功率器件栅氧制备设备及工艺研究

第三代半导体碳化硅（SiC）材料具备耐高压、高频、高温等优越的特性,非常适合制作大功率电力电子器件。由于Si C材料不易氧化以及碳原子结构的影响,需更高温度进行SiO2/SiC生长,且氧化后SiO2/SiC界面存在大量的碳悬挂键,给器件的迁移率及可靠性等性能等带来影响,所以一般需要更高温度能力以及具备特殊后退火处理技术的工艺设备,以满足制备SiC高性能栅氧层的需求。本文重点介绍SiC MOSFET（金属氧化层半导体场效晶体管）器件栅氧制备的工艺特点,设备原理、以及工艺制备的效果。     

SiC新一代电力电子器件的进展

以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料的突破给发展新一代电力电子带来希望。SiC材料具有比Si材料更高的击穿场强、更高的载流子饱和速度和更高的热导率,使SiC电力电子器件比Si的同类器件具有关断电压高、导通电阻小、开关频率高、效率高和高温性能好的特点。SiC电力电子器件将成为兆瓦电子学和绿色能源发展的重要基础之一。综述了SiC新一代电力电子器件的发展历程、现状、关键技术突破和应用研究。所评估的器件包含SiC SBD、SiC pin二极管、SiC JBS二极管、SiC MOFET、SiC IGBT、SiC GTO晶闸管、SiC JFET和SiC BJT。器件的评估重点是外延材料的结构、器件结构优化、器件性能、可靠性和应用特点。最后总结了新世纪以来SiC新一代电力电子器件的技术进步的亮点并展望了其技术未来发展的趋势。     

SiC电力电子器件研究现状及新进展

由于硅材料本身的限制,传统硅电力电子器件性能已经接近其极限,碳化硅(SiC)器件的高功率、高效率、耐高温、抗辐照等优势逐渐突显,成为电力电子器件一个新的发展方向.综述了SiC材料、SiC电力电子器件、SiC模块及关键工艺的研究现状,重点从材料、器件结构、制备工艺等方面阐述了SiC二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、结晶型场效应晶体管(JFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)及模块的研究进展.概述了SiC材料、SiC电力电子器件及模块的商品化情况,最后对SiC材料及器件的发展趋势进行了展望.     

SiC外延衬底研究现状及其应用前景

随着国民经济发展"节能减排"任务的加剧,以及新兴电子系统变化的要求,电子系统对半导体元器件技术提出了高密度、高速度、低功耗、大功率、宽工作温度范围、抗辐射和高可靠等性能的要求。SiC单晶材料作为新兴的三代半导体衬底材料正好满足这些要求,被认为是制备微波器件、高频大功率器件、高压电力电子器件的优良衬底材料。分别介绍了传统Si-C-H体系和高速Si-C-H-Cl体系SiC外延工艺研究现状,同时介绍了新颖的高纯半绝缘SiC外延工艺研究状况。论述了SiC外延衬底在电力电子器件、微波器件等方面的应用,阐述了SiC外延衬底在未来节能减排、经济建设中的重要性。     

3C-SiC薄膜中单个层错的TEM观察

碳化硅（SiC）材料是一种近十几年发展起来的第三代宽禁带半导体材料，具有高击穿场强、高热导率、高饱和电子漂移速率，是制造高温、高频、大功率、抗辐照功率电子器件的优选材料，在国防、航天、通讯、汽车和能源电力等领域有非常广阔的应用前景。     

海外文摘

研发前言 Rockwell科学公司开发高温SiC电机传动系统 Rockwell科学公司与美国空军研究实验室将共同开发高效、高温和小型的电机传动系统,应用于飞机和太空船。该项目主要开发基于SiC(碳化硅半导体)开关的磁阻电机传动,检验在200℃工作的容错电气传动装置。开发这种能在几乎无冷却的恶劣环境下工作的电机传动系统,关键是研发高温SiC开关,封装,控制电子学和电机。这些装置将显著降低电力电子的尺寸和重量。     

SiC电力电子器件喷薄欲发

以Si为代表的传统半导体电力器件可满足电力电子对功率大、工作速度快、通态电阻小、驱动功率低等方面的应用要求。但是,只有SiC等宽禁带半导体材料才能根本上解决电力电子对高击穿电压高工作温度等方面的要求,并有可能省去过流、过压、过温等保护装置。这主要归功于SiC具有很高的击穿场强良好的热导率和热稳定性。     

发展中的SiCOI技术

SiCOI技术是SiC材料与SOI技术结合而形成的一种新的微电子技术，它的产生与发展不仅推动SIC半导体技术的发展，还将弥补SI SOI技术应用的局限性，并将在高温、高频、大功率、抗辐射等电子学领域得到应用的发展。文章介绍了近年来SiCOI技术的最新进展和简要评述。     

高升压比Boost电路的研究与设计

Boost电路广泛应用于用供电电压低于需求直流电的场合下,但传统的Boost电路实际应用中很难实现较高的升压比。采用高频自耦变压器替代传统Boost电路中的电感,利用变压器助力实现Boost电路的高升压比。为尽一步提高效率,减少电路的体积重量,在电压较高的场合用SiC器件替代传统的Si器件。实验结果表明,设计的Boost电路升压比可达30倍以上,采用SiC器件后效率可提升1.5%以上。     

超宽禁带半导体金刚石功率电子学研究的新进展

以SiC/GaN为代表的第三代半导体功率电子学已成为当今功率电子学创新发展的主流,超宽禁带半导体金刚石功率电子学将有可能成为下一代固态功率电子学的代表,受到研究人员的广泛关注。介绍了金刚石功率电子学的最新进展,如金刚石单晶、金刚石化学气相沉积同质和异质单晶外延、金刚石多晶外延、金刚石二极管、金刚石MOSFET、金刚石结型场效应晶体管、金刚石双极结型晶体管、金刚石逻辑电路、金刚石射频场效应晶体管和金刚石上GaN HEMT等。还介绍了金刚石材料的大尺寸、低缺陷和p型及n型掺杂等制备技术,金刚石新器件结构设计,金刚石新器件工艺,转移掺杂H端-金刚石沟道和金刚石/GaN界面热阻等研究成果。分析了金刚石功率电子学的发展由来、关键技术突破和发展态势。     

Efficiency improvement of a DC/DC converter using LTCC substrate

We propose a substrate with high thermal conductivity, manufactured by the low‐temperature co‐fired ceramic (LTCC) multilayer circuit process technology, as a new DC/DC converter platform for power electronics applications. We compare the reliability and power conversion efficiency of a converter using the LTCC substrate with the one using a conventional printed circuit board (PCB) substrate, to demonstrate the superior characteristics of the LTCC substrates. The power conversion efficiencies of the LTCC‐ and PCB‐based synchronous buck converters are 95.5% and 94.5%, respectively, while those of nonsynchronous buck converters are 92.5% and 91.3%, respectively, at an output power of 100 W. To verify the reliability of the LTCC‐based converter, two types of tests were conducted. Storage temperature tests were conducted at ?20 °C and 85 °C for 100 h each. The variation in efficiency after the tests was less than 0.3%. A working temperature test was conducted for 60 min, and the temperature of the converter was saturated at 58.2 °C without a decrease in efficiency. These results demonstrate the applicability of LTCC as a substrate for power conversion systems.     

今日SiC电子学

ＳｉＣ是近几年迅速发展的一种半导体材料,在微波功率器件、功率电子开关器件、高温工作器件等方面比Ｓｉ和ＧａＡｓ具有更大的优势。本文介绍了ＳｉＣ材料特性、材料制备及目前器件研制水平。     

Robust snubberless soft-switching power converter using SiC power MOSFETs and bespoke thermal design

A number of harsh-environment high-reliability applications are undergoing substantial electrification. The converters operating in such systems need to be designed to meet both stringent performance and reliability requirements. Semiconductor devices are central elements of power converters and key enablers of performance and reliability. This paper focuses on a DC–DC converter for novel avionic applications and considers both new semiconductor technologies and the application of design techniques to ensure, at the same time, that robustness is maximized and stress levels minimized. In this respect close attention is paid to the thermal management and an approach for the heatsink design aided by finite element modelling is shown.     

1.2 kV碳化硅MOSFET瞬态可靠性研究

随着碳化硅MOSFET器件在功率变换领域的广泛应用,碳化硅MOSFET器件的瞬态可靠性问题成为研究热点。文章主要研究了1 200 V SiC MOSFET瞬态可靠性的测试与表征。通过搭建短路和UIS测试通用的测试平台进行实验,对短路和UIS失效机理进行分析。通过对商用器件进行重复性测试,研究器件在两种瞬态可靠性测试下性能退化情况,对器件内部退化机理进行合理的分析。     

智能高频开关电源系统中整流模块的功能设计

以智能高频开关电源系统中的整流模块为研究对象,采用无源PFC和DC/DC变换器的原理,对模块的整流原理进行设计和改善,经过对整流模块的硬件、电路的设计与调试表明：该整流模块可以有效地解决智能高频开关电源系统中整流问题,同时,还具有可靠性强、稳定性好且体积小、噪声低、节能高效、维护方便等优点,能够很好地满足现代智能高频开关电源系统的发展趋势要求。     

航天电子设备二次电源输入保护电路设计

针对航天电子设备在特殊工作环境下的电源电路设计要求的特殊性,分析了其供电环境和电源变换器的工作原理,提出了采用集成DC/DC变换器时外围保护电路设计的一般原则,结合工程实践给出了常用星载电子设备和火箭(导弹)载电子设备电源保护电路方案,并对保护电路设计参数提出控制指标的建议.