1200V碳化硅功率MOSFET低温特性的实验表征及分析

发布时间：2020-12-31 23:25

　　碳化硅功率MOSFET是宽禁带功率半导体器件的典型代表,具有优异的电气性能。基于低温环境下的应用需求,研究了1200 V碳化硅功率MOSFET在77.7 K至300 K温区的静/动态特性,定性分析了温度对碳化硅功率MOSFET性能的影响。实验结果显示,温度从300 K降低至77.7 K时,阈值电压上升177.24%,漏-源极击穿电压降低32.99%,栅极泄漏电流降低82.51%,导通电阻升高1 142.28%,零栅压漏电流降低89.84%（300 K至125 K）。双脉冲测试显示,开通时间增大8.59%,关断时间降低16.86%,开关损耗增加48%。分析发现,碳化硅功率MOSFET较高的界面态密度和较差的沟道迁移率,是导致其在低温下性能劣化的主要原因。 

【文章来源】：低温与超导. 2020年03期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

低温静态特性测试平台结构

双脉冲测试(DPT)是评估功率器件动态性能的惯用方法。通过发出两个方波脉冲使被测器件开通关断各两次,取第一次关断和第二次开通时的动态参数,模拟被测器件在实际电路中的运行工况。在该方法中,被测器件的导通时间短,产生热量小,可防止结温对测量结果的影响。图2是基于双脉冲测试方法搭建的功率MOSFET低温动态特性测试平台。该测试平台主要包括:双脉冲测试板、驱动板、双脉冲发生器、示波器、可调直流稳压电源、高压隔离差分探头、电流探头、低温杜瓦、温控系统、样品架等。双脉发生器和驱动板用于向被测器件提供双脉冲驱动信号。电压/电流探头和示波器用于采集和显示各电气参量。双脉冲测试板用于提供稳压母线和续流通路。

MOSFET的阈值电压由三部分构成:氧化层压降、耗尽层压降和半导体平带电压[10]。温度降低时,本征载流子浓度呈指数降低,使P衬底费米势增大,进而使氧化层压降和耗尽层压降增大(耗尽层压降等于两倍P衬底费米势)。此外,碳化硅功率MOSFET本身的界面态密度就比较高,温度降低时,界面陷阱的载流子俘获率增大,界面陷阱电荷增大,使平带电压升高。因此,在低温下,半导体表面形成反型层需要更大的栅压,宏观表现为阈值电压的升高。阈值电压的升高会降低功率器件误导通的可能性,提高对电路噪声和栅压震荡的耐受性,但是也会使驱动功率增大,驱动难度提高。3.2 漏-源极击穿电压


本文编号：2950498