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。     

改进型碳化硅MOSFETs Spice电路模型

在高温、高压和高频的电力电子应用中,碳化硅(SiC)MOSFETs展现出了巨大的潜力。为了在宽温度范围内更准确地反映SiC MOSFETs的转移特性,提出了一种简化的含温控电源的SiC MOSFETs的Spice电路模型。温控模型的引入补偿了器件在宽温度范围内阈值电压的变化率和跨导系数,在LTspice电路仿真软件中模拟了SiC MOSFETs在25℃和125℃下的转移特性。与现有的模型相比,仿真结果与实测数据的吻合度得到了进一步的提高。     

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。     

短脉冲作用下磁开关的磁场分析

工作在短脉冲状况下的磁开关的伏秒积存在着实际测量值与理论计算值不一致的偏差,为了分析出现偏差的原因,提出利用傅立叶变换分析磁开关电压波形,得到磁开关电压的频谱,并利用有限元法计算所得频谱下磁芯截面上的磁场。利用所提出的方法对一磁开关进行了分析,在有限元仿真软件(ANSYS)中建立磁芯与绕组的实体模型,然后由该模型计算的磁开关伏秒积与理论值对比,得出磁芯体积的实际利用率为79.21%。同时,ANSYS计算结果表明,在短脉冲作用下磁开关内的磁场大部分集中在磁芯表面,导致了磁芯利用率减小,这是实际值与理论值不一致的主要原因。     

SiC JFET与SiC MOSFET失效模型及其短路特性对比

建立了两种碳化硅（SiC）器件JFET和MOSFET的失效模型.失效模型是在传统的电路模型的基础上引入了额外附加的泄漏电流,其中,SiC JFET是在漏源极引入了泄漏电流,SiC MOSFET是在漏源极和栅极引入了泄漏电流;同时,为了体现温度和电场强度与失效的关系,用与温度和电场强度相关的沟道载流子迁移率代替了传统电路模型所采用的常数迁移率.有关文献的实验结果和半导体器件的计算机模拟（Technology Computer Aided Design,TCAD）验证了两种SiC器件失效模型的准确性.所建立的失效模型能够对比SiC JFET和SiC MOSFET的短路特性.     

全控型功率开关器件技术新进展

21世纪人类将进入高度信息化社会,同时也可以说是一个高度由能量支配的社会。因此,能源、资源和地球环境问题成为突出的问题,并演变成为一种危机。克服面临的危机靠发展新的技术,不断逼近理论极限,因而给我们带来了机遇和挑战。     

一种高压RSD开关触发方法的设计

针对高压RSD(Reverse Switching Dynistor)开关触发的问题,提出了一种低压控制高压的二级RSD触发方案.可饱和变压器是该方案的关键,提出利用磁性元件设计软件(Magnetics Designer)来建立触发单元中可饱和变压器的SPICE模型,生成变压器的电气参数及绕制规格,并利用IsSpice4仿真软件来设计变压器两边的电容参数.最后以10kV高压RSD的触发为例,通过实验证明了该方法的有效性和合理性.     

反向开关复合管的物理模型与数值方法实现

从大注入半导体物理的基本理论推导得到了反向开关复合管(RSD)工作的基本物理方程.通过考虑大注入和强电场效应,建立了RSD以pnn 二极管方式工作于反向预充阶段,以pin二极管方式工作于正向导通阶段的物理模型.采用有限差分法把器件工作的偏微分方程转化为差分方程,并将相应的边界条件转化为精度较高的离散化形式.结合RSD工作的典型电路建立电路方程组,采用Runge-Kutta方法求解,由非平衡载流子分布得到了RSD的电压、电流波形.通过RSD的放电实验与模型计算进行比较,分析了误差产生的原因,论证了物理模型本身及数值方法的合理性.通过应用电路说明了模型及算法的实用价值.物理模型和数值方法对于RSD器件设计及仿真电路的开发具有指导意义.     

Effect of grain boundary on electric performance of ZnO nanowire transistor with wrap-around gate

A novel grain boundary(GB) model characterized with different angles and positions in the nanowire was set up.By means of device simulator,the effects of grain boundary angle and location on the electrical performance of ZnO nanowire FET(Nanowire Field-Effect Transistor) with a wrap-around gate configuration,were explored.With the increase of the grain boundary angle,the electrical performance degrades gradually.When a grain boundary with a smaller angle,such as 5° GB,is located close to the source or drain...     

大功率半导体开关RSD触发用脉冲变压器的设计与研究

从RSD的结构原理出发,提出了采用可饱和脉冲变压器触发RSD的方案。并结合RSD触发要求,提出了该脉冲变压器设计中需满足的关键因素及设计方法。实验证明,采用可饱和脉冲变压器触发RSD是可行的。该脉冲变压器的设计方法也为设计更高电压等级的脉冲变压器提供了借鉴。