SiC MOSFET与Si MOSFET在开关电源中功率损耗的对比分析

碳化硅(SiC)MOSFET是一种新型高压功率开关器件,具有导通电阻低、开关速度极快的特点。本文分析了功率MOSFET在开关电源中的功率损耗,以1 200 V/24 A的SiC MOSFET和硅(Si)MOSFET在相同的测试条件下进行了功率损耗的对比测试。实验结果表明,在相同的驱动条件和负载条件下,SiC MOSFET的开关速度明显快于Si MOSFET,同时功率损耗明显降低,即使直接采用SiC MOSFET替代Si MOSFET也会使得开关电源的效率明显提升。     

基于模块导通电阻的碳化硅MOSFET键合线健康状态评估方法

碳化硅MOSFET(SiC MOSFET)作为第三代半导体产品中的关键器件,在越来越多的领域发挥着至关重要的作用。随着SiC MOSFET的功率越来越大和应用的领域越来越多,SiC MOSFET模块的失效问题亟需重视。首先分析了SiC MOSFET模块工作的原理,讨论了SiC MOSFET模块检测的必要性,然后提出了一种基于模块导通电阻的检测方法,该方法可在不拆开模块封装的情况下对模块键合线的健康状态实现监测。为了验证所提方法的有效性,通过剪断不同数量键合线模拟实际键合线断裂程度,测量了键合线处于不同健康状态下的模块导通电阻,同时对温度和导通电流进行了归一化处理,消除了温度对测量结果的影响。     

基于Levenberg-Marquardt算法的碳化硅MOSFET建模研究

为了更快速准确地对碳化硅MOSFET功率器件进行开关行为预测与分析,需要建立其静态和动态行为模型. 静态模型包括不同温度下的转移特性曲线和输出特性曲线,以及寄生非线性电容曲线等. 提出了一种基于EKV公式改进的曲线拟合公式和一种新的非线性电容拟合公式,利用Levenberg-Marquardt算法进行参数拟合,建模速度快,模型误差小. 动态模型在考虑封装寄生电感和寄生非线性电容等非理想条件下,分别建立器件导通和关断过程每一个阶段的栅源极电压、漏源极电压、肖特基二极管电压、栅极电流和漏极电流的电路微分方程组,再以每一个阶段结束时的状态变量作为下一个阶段的初始条件. 采用4阶龙格库塔法求解上述微分方程组的数值解,并与LTspice仿真波形进行对比分析. 结果表明,上述建模方法能较好地描述器件的动态行为特性.     

宽禁带半导体材料SiC和GaN的研究现状

正一、引言第一代半导体材料一般是指硅(Si)元素和锗(Ge)元素,其奠定了20世纪电子工业的基础。第二代半导体材料主要指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、砷化铟(InAs)、砷化铝(AlAs)及其合金化合物等,其奠定了20世纪信息光电产业的基础。第三代宽禁带半导体材料一般是指氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、金刚石等材料,其具有禁带宽度大、抗辐射能     

SiC/SiO2界面态电荷对SiC MOSFET短路特性影响的研究

碳化硅/二氧化硅（SiC/SiO₂）界面态电荷数量的减少有利于降低碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管（SiCMOSFET）的通态电阻和开关损耗,然而沟道电流的提升会给遭遇短路故障的SiC MOSFET带来更大的电流应力。在传统的SiCMOSFET等效电路模型的基础上建立了SiC MOSFET的短路失效模型,该模型考虑了强电流应力下器件内的泄漏电流,并引入了包含界面态电荷的沟道载流子迁移率。利用该模型讨论了SiC/SiO₂界面态电荷对SiC MOSFET短路特性的影响,结果显示界面态电荷的减少缩短了SiC MOSFET短路耐受时间。随后通过从失效电流中分离出不同产生机制下的泄漏电流分量,讨论了界面态电荷对SiC MOSFET短路特性影响的机理。     

隧穿电流影响下的小尺寸电路设计

对于具有超薄的氧化层的小尺寸MOSFET器件,静态栅隧穿漏电流的存在严重地影响了器件的正常工作,基于新型应变硅材料所构成的MOSFET器件也存在同样的问题。为了说明漏电流对新型器件性能的影响,利用双重积分方法提出了小尺寸应变硅MOSFET栅隧穿电流理论预测模型,并在此基础上,基于BSIM4模型使用HSPICE仿真工具进行了仔细的研究,定量分析了在不同栅压、栅氧化层厚度下,MOSFET器件、CMOS电路的性能。仿真结果能很好地与理论分析相符合,这些理论和实验数据将有助于以后的集成电路设计。     

高效灵巧的SiC基动力转换器系统

宽能带隙碳化硅(SiC)动力设备可在较高的节点温度、高压、高频条件下进行可靠运行,因此,与传统的硅(Si)设备相比,具备更高的功率密度。这些优势使得基于SiC技术的动力转换系统(PCM)具备体积更小、质量更轻、效率更高且结构坚固等特性。研究显示,通过利用SiC设备,可使动力转换系     

宽禁带功率半导体器件技术

碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是第三代半导体材料的典型代表。与常规半导体硅(Si)和砷化镓(GaAs)相比,宽禁带半导体具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等突出优点,是大功率、高温、高频、抗辐照应用场合下极为理想的半导体材料。该文总结了宽禁带SiC和GaN功率半导体器件研发的最新进展,包括各种功率二极管和功率晶体管。同时对宽禁带SiC和GaN功率半导体器件发展所面临的市场和技术挑战进行了分析与概述,并对其发展前景进行了展望。     

功率光导开关砷化镓基体材料特性的研究通过鉴定

2000年12月28日,河北省自然科学基金委员会组织成员来校,对“功率光导开关砷化镓基体材料特性的研究”工作进行了项目鉴定．功率光导开关砷化镓基体材料特性的研究,是河北工业大学电气信息学院付浚、杨瑞霞教授等于1997年申请到的河北省自然科学基金资助项目．该项目主要研究光导功率开关砷化镓基体材料（GaAs∶Si∶Cu)的制备和GaAs∶Si∶Cu 的暗电导、光电导及导通和关断瞬态特性与Si 浓度、Cu 浓度和光激发脉冲特性的关系．半导体功率开关是利用不同光激发脉冲激励下,半导体分别呈现高阻和低阻态来实现开关功能．从理论上讲,这种…     

多孔硅光致发光热稳定性研究

运用微拉曼谱仪以不同功率的激光入射到用阳极脉冲腐蚀制备的多孔硅样品研究多孔硅的热稳定性．用斯托克斯与反斯托克斯散射强度的比率确定样品的温度．观察比较不同温度下多孔硅样品的拉曼谱趋向．发现在激光功率与样品温度之间的关系曲线上分为3个过程,与拉曼频移和拉曼强度的曲线相一致．所有现象都可以用Si—O健和非晶Si被光氧化的机制解释．     

ZnO薄膜生长及声表面波性能研究

采用传统射频磁控溅射技术,通过引入Si O2缓冲层以及调节工作气压的方法,在Si衬底上制备具有高度(1120)择优取向的Zn O薄膜.采用X射线衍射技术和原子力显微镜分析Zn O薄膜的晶体特性和择优取向.研究发现,引入Si O2缓冲层能显著减小Zn O/Si O2/Si三层结构声表面波器件的温度延迟系数(temperature coefficient of delay,TCD),当Si O2缓冲层厚度为200 nm时,Zn O薄膜同时具有(0002)和(1120)择优取向,且TCD值仅为2×10-6℃-1左右,说明器件温度稳定性佳.当工作气压降低时,Zn O(1120)择优取向增强,相应的声表面波器件的机电耦合系数(K2)也增大.在大机电耦合系数和高温度稳定性的Zn O/Si O2/Si三层结构的基础上,有望制作出高性能的Love波声表面波生物传感器.     

深亚微米部分耗尽型SOI MOSFET的建模及特征提取方法

基于BSIMSOI模型研究了深亚微米级部分耗尽型绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(PD SOI MOSFET)器件的自加热效应、体接触效应及浮体效应,并提出了PD SOI MOSFET的建模方法及相应的模型参数提取方法。根据上述方法对西安微电子技术研究所0.35μm工艺条件下的PD SOI器件进行了建模和验证,结果显示所建立的模型与测试数据吻合,表明本文所提方法的准确性及有效性。     

场效应晶体管短路失效的数值模型

为了分析碳化硅和硅两种材料的场效应晶体管的短路失效机理,利用半导体器件模拟软件建立了能够反映碳化硅场效应晶体管和硅场效应晶体管短路失效的数值模型。模型引入了自热效应模拟高电应力下晶体管内部温度变化及热传递过程,引入了福勒-诺德海姆(Fowler-Nordheim)隧穿和蒲尔-弗朗克(Poole-Frenkel)发射模拟氧化层的泄漏电流;短路实验结果验证了所建立的数值模型的准确性。通过对比两种晶体管数值模型在相同的短路条件下栅极驱动电压的变化、晶体管内电流线和温度的分布,结果表明,碳化硅场效应晶体管的短路失效主要是晶体管内的温度传递到表面引起金属电极的熔化以及栅极氧化层的严重退化,而硅场效应晶体管的短路失效是由于寄生双极型晶体管的导通导致其体内泄漏电流不可控而引起的灾难性的破坏。     

多层薄膜二次电子发射特性的理论研究

为提高硅基微通道板(silicon-based microchannel plate,Si-MCP)的增益特性,提出采用复合发射层结构取代常规的单发射层结构以改善微通道内壁的二次电子发射特性.计算了Si O2/Si、Al2O3/Si、Mg O/Si双层薄膜在不同厚度下的二次电子发射系数与初电子能量的关系曲线,并对结果进行了比对验证.该计算结果对设计制作硅基MCP具有一定参考价值.     

我国碳化硅材料衬底产品研制获重大突破

<正>山东天岳晶体材料有限公司承担的"4英寸高纯半绝缘4H-SiC单晶衬底材料"项目通过科技成果鉴定。专家认为,山东天岳公司自主研制的4英寸高纯半绝缘碳化硅(SiC)衬底产品性能达到国际先进、国内领先水平。碳化硅基微波功率器件具有高频、大功率、耐高温等特性,是新一代雷达系统的核心器件。长期以     

SOI嵌入式DRAM技术动态钳制电位DTMOS器件性能的优化设计

描述了n-沟道动态电位DTMOS半导体器件的直流和高频特性，该器件制造采用了低功耗CMOS SOC工艺，同时也包含了高密度嵌入式DRAM技术．在本工作中的DTMOS器件在较早时候就发现性能优于本体接地(GB)和本体浮地(FB)的MOSFET器件．本器件具有无特性曲线缠绕、gm=936μS/μm,gout=36μS/μm,Ion/Ioff=210μA/0.1pA，在Vdd=1V时fmax=32GHz的良好特性。特别适用于低电压嵌入式基频电路并具有对射频RF前端电路的极佳性能，因此可以使嵌入式DRAM、数字电路、模拟电路和RF射频电路混合于一体，用在超低功耗、低成本的SOC(系统集成)芯片系统中．     

红色AlGaInP激光器的特性及热特性分析

设计和制备了λ＝680nm的红色AlGaInP/GaInP应变量子阱激光器. 制得的未镀膜20μm脊型条形红色激光器的输出功率达到100mW,斜率效率0.56W/A,垂直和平行远场发散角分别为31°和9°. 未镀膜4m深腐蚀器件的功率可达10mW, 斜率效率为0.4W/A,峰值波长为681nm,峰值半宽为0.5nm. 不同腔长器件的特性显示器件的内损耗为4.27/cm,内量子效率达45%. 对不同腔长的器件进行了变温测试,得到器件的特征温度为120～190K.     

240 nm Si0.8Ge0.2虚衬底的应变Si沟道PMOSFET

针对应变Si PMOSFET的弛豫SiGe虚拟衬底厚度大的问题(＞1μm),采用了低温Si技术试制出240 nm厚虚衬底的应变Si沟道PMOSFET.器件显示出良好的直流特性,其跨导和空穴迁移率比传统Si器件分别提高了30%和50%.器件性能可与采用1 μm以上SiGe虚衬底的PMOSFET器件相比拟.     

溅射功率对MgZnO薄膜晶体管性能的影响

本文通过射频磁控溅射的方法在Si衬底上制备了MgZnO薄膜晶体管,研究不同溅射功率对MgZnO薄膜晶体管电学和薄膜性能的影响,对制备的器件采用Keysight B 1500 A型号的半导体参数仪测试其电学性能,通过公式计算分析电学参数.利用原子力显微镜(AFM)和描电子显微镜(SEM)对薄膜表面形貌进行探测.实验结果表...     

分时控制MOSFET固态高频感应加热电源研究

研究了一种采用分时控制方法的MOSFET固态高频感应加热电源,电源输出频率是功率器件工作频率的n倍(采用n个桥分时工作)。利用MATLAB/SIMULINK实现了分时控制的仿真,分析了分时控制的工作状态,对器件功耗进行了理论推导,并对如何实现分时控制进行了介绍,且根据仿真画出了并行控制和分时控制2种控制方式下MOSFET器件损耗的曲线图。仿真结果表明分时控制在实现固态感应加热电源的高频化方面优于并行控制。