表面缺陷对SiC JBS二极管特性影响研究

由于碳化硅(SiC)外延材料中缺陷的影响,目前SiC结势垒肖特基(JBS)二极管实际性能仍低于理论预期。通过4H-SiC外延材料生长和表征、4H-SiC JBS二极管制作和器件特性测试分析,研究了表面缺陷对4H-SiC JBS二极管反向特性的影响。结果表明,当金属接触区或场限环区有彗星形缺陷或彗核存在时,器件击穿电压较低。胡萝卜缺陷会造成反向偏压较低时器件漏电流的增大,对器件的击穿电压影响不大。生长坑对器件的击穿电压和漏电流影响相对较小。三角形缺陷的存在会导致反向击穿电压降低约50%,漏电流增大4个数量级,对器件的反向特性有较严重的影响。分析认为,表面缺陷所导致的4H-SiC JBS二极管肖特基势垒高度的降低和缺陷处局部电场的增大是产生上述实验现象的主要原因。     

超低导通电阻Ron的SiC沟槽器件

本文介绍了下一代碳化硅(SiC)平面MOSFET、沟槽结构肖特基二极管和沟槽MOSFET器件。首先,开发了SiC平面MOSFET,可以抑制在正向电流通过时引起寄生PN结二极管的劣化;其次,开发了新型沟槽SiC肖特基二极管,与传统SiC二极管相比,在可接受的漏电流条件下,具有更低的正向压降;第三,开发了新型双沟槽结构SiCMOSFET,在保持超低导通电阻的同时,提高了器件的可靠性,其主要原因在于新结构有效降低了槽栅底部的最大电场强度,抑制了栅氧的击穿。     

SiC MPS二极管反向特性模型

研究了合并PiN/肖特基(MPS)二极管的结构参数、外加电压及温度对MPS二极管反向漏电流的影响,为MPS二极管开发了一种新的分析模型,该模型可用于分析及预测MPS二极管的反向特性。该模型通过二维泊松方程近似求解了MPS二极管表面电场的模型,并基于表面电场模型依次从热电子发射电流、隧道电流、耗尽层电流及扩散电流4个部分分析并求解MPS二极管的反向漏电流模型。经验证模型结果和实验结果表现出较好的一致性。     

SiC和Si混合PiN/Schottky二极管的模拟和设计

介绍一种具有肖特基正向持性和PN结反向特性的新型整流器－混合PiN/Schottky二级管（MPS0，它速度快，击穿电压高，漏电流小，正向压降低，适合功率系统使用。理论分析了该器件的正向导通，反向阻断和击穿特性。主要考虑4H SiC，模拟和优化设计了器件的外延层掺杂浓度和厚,肖特基接触和PN结网格宽度，PN结深度和掺杂浓度等主要的结构参数。     

应用SiC混合模块的牵引逆变器

研发了一种结势垒肖特基(JBS)二极管,在3kV电压下,具有低正向电压和低漏电流特性。用Si-IGBTs和SiC-JBS二极管搭建了标准3kV/200A混合模块。通过采用混合模块和高速驱动电路,我们试图降低反向恢复损耗及开通功率损耗。同时,我们估算变流器和逆变器的总能量损耗减小到原来的32.4%。另外,混合模块能成功地驱动列车的感应电动机。     

InP基PIN开关二极管结构设计与制备

开关二极管是微波控制电路中的一种应用最普遍的控制器件,它可以实现近似短路和开路的功能.Ⅰ层厚度对PIN二极管的器件特性具有重要的影响.利用Silvaco TCAD软件对InP基PIN开关二极管器件结构进行建模仿真,分析不同1区厚度对二极管的电流电压特性的影响,得出最优值.利用化合物半导体材料外延与器件工艺平台,制备出InP基PIN开关二极管器件,直流特性测试结果表明,PIN开关二极管的开启电压为0.525 V,反向击穿电压大于12 V.为进一步实现毫米波开关电路奠定了基础.     

新型SiGe开关功率二极管的特性分析

提出了一种新型SiGe/Si异质结P－i-N开关功率二极管结构，在分析器件结构机理的基础上，用Medici模拟了该器件的特性。结果表明，该功率二极管具有低的正向压降，较少的存贮电荷，其性能远远超过Si的同类型结构。     

三电平移相全桥变换器整流二极管RC吸收参数多目标优化设计

传统的整流二极管RC吸收参数设计基于谐振等效电路,不能精确刻画二极管反向恢复过程,RC参数难以优化.为此,基于大功率PIN二极管集总电荷模型,采用多目标优化设计RC吸收电路参数.首先,根据三电平移相全桥变换器拓扑结构及调制方式,分析了RC参数对整流二极管反向电压尖峰的影响规律.其次,基于大功率PIN二极管的集总电荷模型...     

半导体GaN功率开关器件的结构改进

针对现有的光伏逆变器半导体GaN（氮化镓,Gallium nitride）功率开关器件以难以适应现代电力电子系统高要求的问题,提出一种光伏逆变器半导体GaN功率开关器件结构改进方法。由于集电极-发射极击穿电压和饱和压降是衡量器件可靠性的重要指标,因此采用绝缘栅混合阳极二极管取代平面肖特基势垒二极管,解决集电极-发射集击穿电压和饱和压降输出不合理问题。改进后的器件阳极由肖特基栅极和欧姆阳极金属短接组成,阴极为欧姆金属;改进器件制作主要采用隔离、钝化、凹槽刻蚀、介质淀积等工艺,更好地实现功率开关和功率转换功能。经测试分析可知：改进后的功率开关器件能有效减少反向饱和漏电状况,且改进器件的温度与电压、比导通电阻成正比,高温下性能良好。     

4700V碳化硅PiN整流二极管

碳化硅Pi N二极管是一种理想的高压二极管器件,具有高阻断电压以及高电流导通密度的特点。通过使用有限元分析的方法对器件外延层参数以及终端结构进行了仿真,提出了优化的器件原胞和终端设计。基于50μm厚、掺杂浓度为1.5×10~(15)cm~(-3)的N型低掺杂外延,制备了电压阻断能力达到4 700V的高压碳化硅整流二极管。制备的器件具有较低的漏电流以及良好的正向导通能力,在100A/cm~2的电流导通密度条件下,器件的最低正向导通压降为3.6V。为进一步研制高压大功率碳化硅二极管器件模块提供了良好的基础。     

ESD-Protection Design With Extra Low-Leakage-Current Diode String for RF Circuits in SiGe BiCMOS Process

Two low-leakage resistor-shunted diode strings are developed for use as power clamps in silicon-germanium (SiGe) BiCMOS technology. The resistors are used to bias the deep N-wells, significantly reducing the leakage current from the diode string. A methodology for selecting the values of the bias resistors is presented. For further reduction of the leakage current, an alternate design is presented: the resistor-shunted trigger bipolar power clamp. The power-clamp circuits presented herein may be used in cooperation with small double diodes at the I/O pins to achieve whole-chip electrostatic-discharge protection for RF ICs in SiGe processes     

滞后臂串二极管的ZVZCS全桥变流器研究

分析了滞后臂串联二极管的全桥零电压零电流开关(ZVZCS)变流器的工作原理并给出了主要设计步骤。与传统的采用饱和电感来阻断反向环流,从而实现滞后臂的ZCS不同,改进方法采用了滞后臂串联二极管的拓扑。新型拓扑不但能够减小占空比丢失,而且由于拓扑中没有饱和电感,因此回避了由饱和电感带来的发热问题,提高了效率。用一台5kW,20kHz的样机验证了上述结论。     

A study of superharmonic injection locking in multiband frequency dividers

A superharmonic voltage‐controlled injection‐locked frequency divider, implemented using a modified Colpitts oscillator operating at 2.5, 5 and 10 GHz and a cross‐coupled LC oscillator operating at 1.25, 2.5 and 5 GHz, is demonstrated. The proposed triple‐band operation is achieved by employing a novel technique that uses pin‐diodes and negative power supply. The discrete dividers, built with low noise hetero‐junction FETs and high‐frequency SiGe BJTs, are described theoretically while their functionality is proven experimentally. Additionally, a short phase noise analysis, which is missing in the literature, is given. Phase noise, frequency range of operation, and locking range measurement results are presented. Finally, post‐layout simulation results of a 5 GHz fully differential injection‐locked frequency divider, implemented in a 0.25µm SiGe process are provided. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

半导体断路开关SOS效应测试研究

基于SOS效应工作的半导体断路开关可以在纳秒级时间内关断大密度电流,因此可应用于电感储能的脉冲功率发生器.介绍了基于SOS断路开关的脉冲功率发生器结构和运行原理、SOS工作原理及典型的电流、电压波形.在简化的测试电路上对特制二极管和快恢复二极管进行了SOS效应测试实验,研究了两类二极管的反向过电压、泵浦条件和负载影响.结果表明,深扩散p基区的二极管可以产生SOS效应;泵浦条件是影响SOS特性的最主要因素,泵浦电压越高,所产生的反向过电压系数越高.     

传统MOSFET和超结MOSFET的体二极管反向恢复特性评估

在许多高电压开关应用当中,都需要采用具有良好特性的体二极管且耐用性强的MOSFET。依照超结(SJ)电荷平衡概念所设计的器件,由于有着比普通MOSFET低得多的Rdson而得到普及。然而,普通sJ器件的一个缺点就是它的体二极管的反向恢复特性较差。早期的sJ器件有着较大的反向恢复电流,并且在某些反向恢复的情况下易于失效。尽管后来它的体二极管特性有了一定改善,但还是不能像传统MOSFET的体二极管那样耐用。我们示出即使施加缓和上升的di/dt,普通SJ器件的体二极管也还会失效。飞兆(Fairchild)公司利用二维数字仿真在电路和器件混合建模的条件来分析反向恢复瞬态期间在器件的内部发生了什么。这帮助我们理解失效背后的原因,并且设计出了耐用性更强的SuperFETTMSJ器件。反向恢复测量表明,普通SJ器件的体二极管在di/dt仅为100A/μs的时候就会失效,而SuperFETTM器件几乎是不会破坏的,它在di/dt为1000A/μs时仍能工作。飞兆(Fairchild)公司还设计出了带有快速恢复体二极管的、耐用的SuperFETTM器件,具有较低的Trr和Qrr。     

二极管加电流互感器箝位的移相全桥DC/DC变换器

二极管箝位的移相全桥变换器工作在电感电流断续模式时,箝位二极管工作在硬关断状态,极易损坏,严重影响系统的可靠性。该文分析了该变换器的工作原理,提出二极管加电流互感器箝位的移相全桥变换器,该变换器能够有效地减小箝位二极管的导通时间,使其能够自然关断。详细分析了所提变换器的工作原理,给出主要参数的设计方法,并通过实验验证了原理分析的正确性。     

Design and testing of heavy pulse current switches based on photothyristors

This article presents the results of testing heavy pulse current switches based on photothyristors. Transient processes are considered that are observed in the semiconductor switch when the capacitor is discharged upon inductance and with a signal-shaping network with an inductor and crowbar diodes. The limit currents are found for the semiconductor structure, at which thermal generation peaks are observed in oscillograph records of direct voltage drop. The energizing of the photothyristor is analyzed. The need for forcing RC circuits to ensure fast and steady transition of the semiconductor structure to the conductive state is shown. The transient process observed at reverse recovery of photothyristors in the discharge circuit with inductance is considered. The need for snubber circuits to suppress pulse overvoltage is established. The particulars of the transient switching of current to the crowbar diodes and the generation of pulse overvoltages at reverse recovery of photothyristors are considered for a discharge circuit with crowbar diodes. The parameters of snubber circuits to suppress these overvoltages are determined. The validity of the accepted engineering solutions is confirmed by the results of tests at switching of a pulse current of up to 100 kA.     

采用移相控制有源整流的全桥变换器

当移相控制有源整流全桥(PSCAR-FB)变换器中的输出整流二极管反向恢复时,整流二极管存在很高的尖峰电压,增加了二次侧开关管和二极管的电压应力。为解决上述问题,在一次侧引入了1个谐振电感和2个箝位二极管的辅助网络。详细分析了该变换器改进后的工作原理及稳态特性,并给出了主要参数的具体设计方法。在此基础上,设计了一台1.25 kW实验样机并进行了实验验证,实验结果证实了所提方法的可行性。     

移相全桥ZVS变换器整流桥寄生振荡的抑制

移相全桥零电压开关(ZVS)变换器是应用于中大功率DD-DC变换场合的理想拓扑之一,但在其输出整流二极管反向恢复时,整流桥产生寄生振荡,二极管上存在很高的尖峰电压。这将带来电路损耗,并影响整流桥的使用寿命。本文分析了振荡产生的原因,并介绍了抑制的方法。重点分析了一种原边加箝位二极管的缓冲电路形式,制做了一个5.5kW样机,并给出了对比实验结果。