高压碳化硅雪崩耐量测试

发布时间：2021-01-15 06:24

　　作为一种新型的宽禁带（WBG）半导体材料,碳化硅（SiC）凭其出色的物理特性越来越收到工业界的关注。作为当今最流行的WBG功率器件,SiC MOSFET已被广泛地研究并应用于高频变流器。在电力电子应用中,由于电感负载和杂散电感的存在,漏电流突变产生的反电势可能会迫使功率MOSFET发生雪崩击穿,甚至损坏器件。分析SiC MOSFET的雪崩击穿特性对理解器件失效机理和更好的应用器件起着至关重要的作用。非钳位感性开关（Unclamped Inductive Switching,UIS）状况通常被认为是功率MOS管在电力电子应用中所遭受的最极端应力情况,目前国内外功率半导体器件通用的雪崩特性测试方法也选用非钳位感性开关测试（UIS test）。本文基于UIS测试原理,设计了雪崩测试硬件电路和上位机监测平台,搭建了功率MOSFET雪崩测试系统。对Cree公司的C2M0280120D和C3M0280090D SiC MOSFET进行不同实验条件下的非破坏性和破坏性UIS测试,并总结其雪崩特性。基于传统结温估算公式,对UIS测试中器件的平均结温和雪崩击穿状态期间的瞬态结温进行估算。此外,建立了器件... 

【文章来源】： 徐晓筱 浙江大学

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

VDMOS剖面图

浙江大学硕士学位论文第1章绪论4图1.1VDMOS剖面图图1.2VDMOS三维结构图延层构成一个反并联的寄生二极管，外延层的厚度决定了它的耐压能力。P体区、源区和外延层构成了一个内部寄生BJT，当寄生BJT被触发导通时，会对器件造成损伤。VDMOS结构不仅保持原来平面结构的优点，而且由于具有短沟道、高阻漂移区和垂直导电的特点，大幅提升了器件的耐压和载流能力，使得功率MOSFET真正进入了电力电子器件的范畴。具体的技术特点如下:（1）高输入阻抗和低驱动功率VDMOS是电压型器件，输入阻抗较大，一般在100M量级，驱动电流在100nA量级，直流电流增益大，因此具有功耗低和抗干扰能力强的优点。（2）开关速度快

浙江大学硕士学位论文第1章绪论5开关时间一般为1～10ns量级，较好降低了开关损耗。（3）更宽的安全工作区域电流具有负温度系数，避免了温升效应引起的恶性循环，无二次击穿现象。（4）具有准饱和效应P区形成的n沟结型场效应晶体管中载流子速度达到饱和，使得VDMOS的输出电流有一个极限，即漏源电流随着栅极电压的上升不在增大。（5）温度特性好沟道电阻具有正温度系数，电流具有负温度系数，因此VDMOS具有较好的热稳定性。VDMOS工作原理和普通MOS管一样,图1.3为VDMOS的静态输出特性曲线。当小于开启电压时，pn-结反向偏置，器件关断，栅极移走电荷的速度决定了关断时间。当栅源电压VGS大于器件的开启电压VTH时,水平沟道表面形成强反型层,这个反型的沟道成为iDS电流的通道，器件导通。在正向电阻区，器件处于充分导通，Ugs和Uds的增加均可使ID增大，此时器件类似线性电阻，曲线的斜率即为其导通电阻值。导通电阻是功率器件的重要参数之一，表示了器件的电流驱动能力。随着漏源电压的增加，沟道中载流子的散射速度达到其极限值，载流子开始摆脱沟道电场的影响进入饱和区。当Uds超过一定极限时，PN-结反偏并发生雪崩击穿，甚至导致器件的失效。图1.3VDMOS的静态输出特性曲线


本文编号：2978405