集成温度传感器的3300V SiC VDMOS设计

发布时间：2021-05-20 12:19

　　随着电力电子技术的发展,产业界对于功率半导体的要求已由最初对功能性的要求逐渐转而成为对其性能以及可靠性的要求。硅基功率器件经历漫长的岁月已然接近其理论极限。在此背景下,碳化硅凭借其优良的材料特性成为了制造功率半导体理想的材料。然而碳化硅在带来优良性能的同时也带来了大量可靠性问题,而大多数可靠性问题均和温度相关。在碳化硅功率半导体器件中4H-SiC MOSFET受到温度的影响尤其明显,为了使得4H-SiC MOSFET能稳定地工作在安全工作区（Safe Operating Area,SOA）,一般在智能功率模块中采用过温保护电路对其进行温度监测和过温保护,而过温保护的核心在于温度传感器。本文将主要采用TCAD Silvaco设计一种集成温度传感器的3300V 4H-SiC MOSFET。文章首先进行3300V 4H-SiC MOSFET元胞的设计工作,在仿真设计中将Athena与Atlas组合使用。首先通过Athena的工艺仿真得到合理的Pwell、N+和P+区域的纵向浓度分布,然后将针对4H-SiC MOSFET的重要尺寸参数进行优化设计。考虑到工艺平台的不稳定性和温漂可能对阈值电压造... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 SiC MOSFET的发展历史及研究现状
    1.3 温度传感器与过温保护电路
    1.4 本文的主要工作安排
第二章 3300V4H-SiC VDMOS器件设计
    2.1 4H-SiC VDMOS理论基础
        2.1.1 正向特性
        2.1.2 阻断特性
    2.2 仿真模型校准
        2.2.1 Selberherr's Model
        2.2.2 Lombardi CVT Model
        2.2.3 Dual Pearson Model
    2.3 4H-SiC VDMOS电学特性仿真
        2.3.1 Pwell浓度分布设计
        2.3.2 JFET区宽度设计
    2.4 结终端设计
        2.4.1 场限环终端设计
        2.4.2 CD-JTE设计
    2.5 本章小结
第三章 集成温度传感器的设计
    3.1 SBD温度传感器的理论基础
    3.2 热仿真模型校准
        3.2.1 晶格自发热模型
        3.2.2 热导率模型
        3.2.3 热容模型
        3.2.4 热边界条件定义
    3.3 温度传感器的结构设计
    3.4 工作电流选取
    3.5 温度传感器的串扰分析
        3.5.1 温度传感器对VDMOS的影响
        3.5.2 VDMOS对温度传感器的影响
    3.6 温度传感器测温仿真
        3.6.1 温度传感器测温
        3.6.2 温度传感器的响应速度
    3.7 本章小结
第四章 版图设计与相关工艺
    4.1 部分关键工艺介绍
        4.1.1 离子注入
        4.1.2 欧姆接触
    4.2 版图设计
        4.2.1 传统VDMOS版图设计
        4.2.2 集成温度传感器的VDMOS版图设计
    4.3 本章小结
第五章 总结
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间获得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC MOSFET短路特性评估及其温度依赖性模型[J]. 邵伟华,冉立,曾正,李晓玲,侯旭,陈昊,李辉.  中国电机工程学报. 2018(07)
[2]SiC MOSFET体二极管反向恢复特性研究[J]. 史孟,彭咏龙,李亚斌,江涛.  电力科学与工程. 2016(09)
[3]宽禁带碳化硅功率器件在电动汽车中的研究与应用[J]. 王学梅.  中国电机工程学报. 2014(03)
[4]场限环的简单理论[J]. 陈星弼.  电子学报. 1988(03)



本文编号：3197742