碳化硅基功率MOSFET可靠性机理及模型研究

发布时间：2021-04-06 09:58

　　碳化硅（SiC）基功率金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）具有击穿电压高、导通电流大、开关速度快、功率损耗小、高温稳定性好等优点,被认为是最具前景的功率半导体器件之一。然而,高温、高压以及大电流等恶劣应用环境使得SiC功率MOSFET的可靠性面临严峻的挑战。因此,迫切需要对SiC功率MOSFET的可靠性机理进行深入研究,并建立相应的退化表征模型。这对提升SiC功率MOSFET的性能以及预测该器件在功率系统中的寿命都具有重要意义。本文提出了一种界面损伤探测的新方法。在此基础上,基于实际应力环境,详细探究了SiC功率MOSFET在动态栅应力、非钳位电感开关（UIS）应力、短路应力以及重复开关应力下的退化机理,并建立了相应的退化表征模型。本文的主要创新成果如下:（1）提出了适用于SiC功率MOSFET的分段C-V界面损伤探测的新方法。C-V曲线Ⅱ区的漂移可以表征器件沟道区栅氧界面的损伤,而Ⅲ区和Ⅳ区的漂移可以表征器件结型场效应晶体管（JFET）区栅氧界面的损伤。基于这一特性,可以提取应力过程中器件栅氧界面的损伤位置、注入电荷的种类及其密度等信息。（2）揭示了SiC功率MOSFET... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

SiC功率MOSFETUIS应力波形产生电路的（a）拓扑结构和（b）实物照片

台的长度可以表示为：( )gdav DD ongC V VI dav为 Cgd的均值，Cgd的大小决定了米勒平台的长度。（4）从 t3S，Vds也有微小的降低，最终完成整个开启过程。断过程几乎可以看作开启的逆过程。（1）在 0 到 t5时间内，VVds略微上升。（2）从 t5到 t6阶段，Vds上升至 VDD，Vgs维持段，Vgs从 Vgp下降至 Vth，器件沟道逐渐关闭，Ids从 Iload降低至gs逐渐降低至 0V，完成整个关断过程。性的退化及机理4.20 所示的实测电路，在不同 UIS 应力次数下用电感负载双脉C 功率 MOSFET 的开启波形和关断波形。测试条件为 VDD=80，Iload=5A。为了尽量扩展开关波形，使退化现象更加明显，Rg

到 t7时段，Vgs从 Vgp下降至 Vth，器件沟道逐渐关闭，Ids从 Iload降低至 0A。（后，Vgs逐渐降低至 0V，完成整个关断过程。开关特性的退化及机理用图 4.20 所示的实测电路，在不同 UIS 应力次数下用电感负载双脉冲测试取 SiC 功率 MOSFET 的开启波形和关断波形。测试条件为 VDD=800V，VL=1mH，Iload=5A。为了尽量扩展开关波形，使退化现象更加明显，Rg设为 5图 4.20 电感负载双脉冲开关测试系统

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3121241