高频控制开关用沟槽MOSFET的研究

高频控制开关用功率器件要同时具备极低的导通电阻和栅漏电荷值,从而降低导通损耗和开关损耗.基于器件与工艺模拟软件TsupremⅣ和Medici,研究了工艺参数和设计参数对沟槽MOSFET器件击穿电压、比导通电阻和栅漏电荷的影响,优化设计了耐压30 V的开关用沟槽MOSFET器件.对栅极充电曲线中平台段变倾斜的现象,运用沟道长度调制效应给出了解释.     

栅氧化层及界面电荷对SiC MOSFET阈值电压稳定性的影响

阈值电压不稳定是SiC MOSFET的一个主要问题，而栅氧化层及界面电荷是引起器件阈值电压不稳定的关键因素。结合三角波电压扫描法和中带电压法提取了SiC MOSFET中的栅氧化层陷阱电荷面密度、界面陷阱电荷面密度和可动电荷面密度随应力时间的变化量，总结了三种电荷面密度变化量在不同应力时间下的变化规律，分析了其对器件阈值电压不稳定性的影响，同时推测了长时间偏压作用下SiC MOSFET阈值电压稳定性的劣化机制。测试结果表明，栅氧化层陷阱电荷面密度、界面陷阱电荷面密度和可动电荷面密度在不同偏压温度下随应力时间的变化规律不同，常温应力下器件阈值电压稳定性劣化主要与栅氧化层陷阱电荷有关，而高温下，则主要与界面陷阱电荷有关。     

槽栅功率MOSFET单粒子微剂量效应电荷沉积模型

重离子会在槽栅功率MOSFET器件中引起电压电流特性漂移,即单粒子微剂量效应。为表征该效应,本文提出了一个电荷沉积模型。该模型可用来计算重离子轰击氧化层后引起的电荷沉积及电荷输运过程。应用本模型计算了单个Xe离子在二氧化硅/硅界面沉积的空穴正电荷。通过将该计算结果导入Sentaurus仿真软件中,模拟了单个Xe离子轰击槽栅MOSFET后引起的电压电流曲线漂移。模拟结果与相关实验结果一致。最后,应用本模型研究了不同参数对槽栅功率MOSFET单粒子微剂量效应的影响。     

DC-DC转换器中功率沟槽MOSFET的优化设计

利用工艺和器件模拟软件TSUPREM-4和MEDICI,研究了工艺参数对DC-DC转换器中的功率沟槽MOSFET的通态电阻Ron、栅-漏电容Cgd的影响以及栅-漏电荷Qgd在开关过程中的变化,指出了在设计和工艺上减小通态电阻Ron和栅-漏电容Cgd,提高器件综合性能的途径。     

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。     

高功率条件下MOSFET栅电荷特性的测量方法

提出了一种高功率条件下MOSFET栅电荷特性的有效测量方法。在半桥电路的下管开启过程中,沟道出现高电流和高电压同时存在的情况,产生很高的瞬态功率。对于传统栅电荷测试方案,这不仅要求直流电源具备相当的功率输出,而且会在高功率区产生严重的自热效应,无法得到准确的栅电荷特性曲线。文章基于栅电荷测试的基本物理过程和关系,通过测量大电压-小电流与大电流-小电压下的栅电荷特性,获得了高功率条件下MOSFET的栅电荷特性。结果表明,该方法得到的栅电荷特性曲线及参数值与标准规格书的结果非常接近,具有很好的工业应用价值。     

基于栅极限流的SiC MOSFET栅电荷测试方案

SiC MOSFET是一种高性能的电力电子器件,其开通/关断过程中积累/释放的栅电荷Q_g对MOSFET的开关速度、功率损耗等参数有重要影响。通常采用在栅极设置恒流源驱动,对时间进行积分的方法来测量Q_g。为了降低驱动复杂度,提高测试结果精度和可视性,基于双脉冲测试平台的感性负载回路,改用耗尽型MOSFET限制栅极电流实现恒流充电,对SiC MOSFET进行测试。同时利用反馈电阻将较小的栅极电流信号转换为较大的电压信号。实验结果表明：在误差允许范围(±5%)内该测试方案能较为准确地测得SiC MOSFET的Q_g,测试结果符合器件规格书曲线。     

150 V电荷耦合功率MOSFET的仿真

电荷耦合是适用于中等电压功率MOSFET设计的先进设计理念之一,该设计思想旨在改善器件阻断态下的电场分布从而提高耐压。针对150 V电荷耦合功率MOSFET双外延漂移区(分别为电荷耦合区N1区与非耦合区N2区)电荷匹配问题进行了仿真优化研究,结果表明:N1区和N2区浓度分别约为2.2×1016cm-3和4.5×101 5cm-3时,电场分布更加均匀、耐压更高,且比导通电阻仅为1.306 mΩ·cm2,即击穿电压和比导通电阻间达到最佳匹配。同时,还针对器件不同槽深进行了静态特性和动态特性的整体仿真优化研究,结果表明:槽深在7~9μm时,器件满足耐压要求且击穿电压随双漂移区掺杂浓度匹配程度变化较为平稳。最后,优化结构与传统槽栅MOSFET相比,其栅漏电容和栅电荷大幅降低,器件优值降低了约87%。     

功率MOSFET参数测试仪的设计

功率MOSFET参数测试仪是用来测试功率MOSFET电特性参数的仪器设备（如阈值电压、跨导等）。以单片机为核心,介绍功率MOSFET参数测试仪的原理、设计及实现,设计了电特性参数测试的具体电路,编写了测试控制程序,通过对设计出的测试仪系统进行实验和调试,可以准确测量功率MOSFET的阈值电压、跨导、栅源漏电流、零栅压漏极电流及耐压。     

双栅MOSFET高频特性的实验研究

设计制作了不同沟道长度、栅材料以及栅电极构形的各种双栅MOSFET。通过实验全面研究了设计和工艺参数对器件高频特性的影响,阐明了双栅MOSFET的高频设计思想,给出了全离子注入高频低噪声工艺。有效沟道长度为1μm的超高频双栅MOSFET在900MHz下功率增益为17dB,有效沟道长度为1.5μm的甚高频器件在200MHz下功率增益为23dB.