碳化硅功率MOSFET器件短路特性研究
发布时间：2021-08-23 12:12
半导体器件是电力电子行业发展的基础。作为第三代半导体器件的重要代表,碳化硅（SiC）基功率器件凭借其高击穿场强、高饱和电子迁移率、高热导率等优异的材料优势,被越来越广泛地应用于高压、高温、高频、大功率的领域。功率SiC MOSFET被认为是当前主流的硅（Si）基IGBT的有力竞争者。然而,就目前的商用SiC MOSFET器件而言,关于其异常工况下工作情况的研究仍不充分,这对基于SiC MOSFET器件的电力电子变换器设计带来了不确定性。同时,SiC/SiO2界面态与沟槽栅等新型器件结构设计等也给器件可靠性带来了更多的未知因素。器件短路是异常工况中最严峻的一类。当发生负载短路时,功率MOSFET器件两端会直接与高母线电压连接。短路过程对器件同时承受高电压、大电流与高结温的能力带来了巨大考验。然而,在目前商用SiC MOSFET的数据手册中,几乎没有关于其短路承受能力的评估结果。而国内外团队对SiC MOSFET短路可靠性的相关研究也主要集中于有明显外部表征的失效模式,缺乏对失效前器件性能退化情况的探讨。另外,随着对更高功率密度与集成度的追求,沟槽栅结构的功率MOSFET逐渐兴起,现阶段却...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＳｉＣ与Ｓｉ器件漂移区厚度与场强对比??１．３Ｓｉ基ＳｉＣ基电［８］
浙江大学硕士学位论文?１．绪论??Ｉ?ｉ??＾ｓｕｒｆａｃｅ?＼…即（闕？脚??＇?＾?１?＾ｄｒｉｆｔ??图１．２?ＳｉＣ与Ｓｉ器件漂移区厚度与场强对比??图１．３展示了常见的Ｓｉ基功率器件与ＳｉＣ基功率器件特征电阻与击穿电压分布［８］。??／?６５００Ｖ??＃?／?Ｓｉ?ＩＧＢＴｓ??Ｓｉ?ＭＯＳＦＥＴ／?ｑｑｎｎｖ??．⑴０?：?＝＝?：．?Ｓｉ?ＩＧＢＴｓ?：?６＿Ｖ??／?＿?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴｓ??￥?／?３３００Ｖ?Ａ?ｆ?＾??Ｗ?ｔ／?１２００Ｖ?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＪｓ?｜?／?？??ｃｊ?ｉ／?ｓｎｒｓ?、ｔ??Ｖ。?７。▲无－??〇?ｆ－ｌ?Ｓｉ?ＳＪ?ＭＯＳＦＥＴ?Ａ?＾?／??／?１２ｔｌｖ?＾??１００?１０００?１００００??ＶｂｒＣＶ）??图１．３常见Ｓｉ基功率器件与ＳｉＣ基功率器件特征电阻与击穿电压分布??同时，ＳｉＣ基功率器件更小的尺寸可以使得器件的寄生电容与电感值大大降低，从而??实现更好的开关特性。在封装合适的条件下，ＳｉＣ基功率器件可以工作在近１０００°Ｃ的结温??下，而Ｓｉ材料在４００°Ｃ时就会成为本征半导体。优异的导热性能也使得ＳｉＣ基功率器件能??够更好地适应高温应用场合。??３??
ｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ基本介绍??ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ具有开关速度快、耐压高、导通电阻低、工作温度高等优势。随着ＳｉＣ材??料生长技术的日益成熟，ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ被越来越广泛地应用于大功率、高温、高频的场景??中，被认为是Ｓｉ?ＩＧＢＴ的有力竞争者。??常见的功率ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ结构为双注入型（ＤｏｕｂｌｅＤｉｆｆｕｓｅ）平面栅ＭＯＳＦＥＴ，也可称为??ＤＭＯＳＦＥＴ。当给栅极施加一个高于阈值电压的偏置电压时，Ｐ基区会形成反型沟道，将源??区与ＪＦＥＴ区域连接。ＤＭＯＳＦＥＴ的结构如图１．４所示。２０１１年，科锐（Ｃｒｅｅ）公司推出了第一??款此结构的商用ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ芯片［９］。??栅极??源极和基区接触??氧化层???Ｎ＋源极??Ｒｃｈ?Ｒｓｐ?Ｉ?＿?（咖??ｆ＾ＪＦＥＴ?ｉ??尺ｒｆｒｉ／ｔ毫??ｒ?ｎ－漂移区??Ｒｓｕｂ?＾?Ｎ＋衬底??漏极??图１．４ＤＭＯＳＦＥＴ器件结构与导通电阻主要组成示意图？??ＤＭＯＳＦＥＴ的导通电阻ｉ？ｏｎ可表示为沟道电阻凡；ｈ、ＪＦＥＴ区电阻ｉ？ＪＦＥＴ、扩散电阻及ｓｐ、??漂移区电阻ｉ？ｄｒｉｆｔ和衬底电阻ｉ？ｓｕｂ之和。??对低于３ｋＶ等级的ＳｉＣＤＭＯＳＦＥＴ而言，沟道电阻和ＪＦＥＴ电阻是其总阻值的重要组??成部分。提高沟道电子迁移率和减小ＪＦＥＴ区电阻都是降低导通电阻的有效方法。提高迁??移率的途径包括提高栅极电压使得沟道完全开通，或减小沟道长度。前者的弊端在于过高??的栅极电压导致的栅氧化层电场强度过高，而后者在沟道长度过小时会引起短沟道效应。??沟槽栅ＭＯＳＦＥＴ也称ＵＭＯＳＦＥＴ，其结构如图１．５所示［１Ｑ］。相比ＤＭＯＳＦＥＴ而言，??ＵＭ
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化硅电力电子器件在电力系统的应用展望[J]. 盛况,郭清,张军明,钱照明. 中国电机工程学报. 2012(30)
硕士论文
[1]1200V SiC MOSFET与Si IGBT的短路可靠性对比和分析[D]. 孙佳慧.浙江大学 2017
本文编号：3357842
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＳｉＣ与Ｓｉ器件漂移区厚度与场强对比??１．３Ｓｉ基ＳｉＣ基电［８］
浙江大学硕士学位论文?１．绪论??Ｉ?ｉ??＾ｓｕｒｆａｃｅ?＼…即（闕？脚??＇?＾?１?＾ｄｒｉｆｔ??图１．２?ＳｉＣ与Ｓｉ器件漂移区厚度与场强对比??图１．３展示了常见的Ｓｉ基功率器件与ＳｉＣ基功率器件特征电阻与击穿电压分布［８］。??／?６５００Ｖ??＃?／?Ｓｉ?ＩＧＢＴｓ??Ｓｉ?ＭＯＳＦＥＴ／?ｑｑｎｎｖ??．⑴０?：?＝＝?：．?Ｓｉ?ＩＧＢＴｓ?：?６＿Ｖ??／?＿?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴｓ??￥?／?３３００Ｖ?Ａ?ｆ?＾??Ｗ?ｔ／?１２００Ｖ?ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＪｓ?｜?／?？??ｃｊ?ｉ／?ｓｎｒｓ?、ｔ??Ｖ。?７。▲无－??〇?ｆ－ｌ?Ｓｉ?ＳＪ?ＭＯＳＦＥＴ?Ａ?＾?／??／?１２ｔｌｖ?＾??１００?１０００?１００００??ＶｂｒＣＶ）??图１．３常见Ｓｉ基功率器件与ＳｉＣ基功率器件特征电阻与击穿电压分布??同时，ＳｉＣ基功率器件更小的尺寸可以使得器件的寄生电容与电感值大大降低，从而??实现更好的开关特性。在封装合适的条件下，ＳｉＣ基功率器件可以工作在近１０００°Ｃ的结温??下，而Ｓｉ材料在４００°Ｃ时就会成为本征半导体。优异的导热性能也使得ＳｉＣ基功率器件能??够更好地适应高温应用场合。??３??
ｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ基本介绍??ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ具有开关速度快、耐压高、导通电阻低、工作温度高等优势。随着ＳｉＣ材??料生长技术的日益成熟，ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ被越来越广泛地应用于大功率、高温、高频的场景??中，被认为是Ｓｉ?ＩＧＢＴ的有力竞争者。??常见的功率ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ结构为双注入型（ＤｏｕｂｌｅＤｉｆｆｕｓｅ）平面栅ＭＯＳＦＥＴ，也可称为??ＤＭＯＳＦＥＴ。当给栅极施加一个高于阈值电压的偏置电压时，Ｐ基区会形成反型沟道，将源??区与ＪＦＥＴ区域连接。ＤＭＯＳＦＥＴ的结构如图１．４所示。２０１１年，科锐（Ｃｒｅｅ）公司推出了第一??款此结构的商用ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ芯片［９］。??栅极??源极和基区接触??氧化层???Ｎ＋源极??Ｒｃｈ?Ｒｓｐ?Ｉ?＿?（咖??ｆ＾ＪＦＥＴ?ｉ??尺ｒｆｒｉ／ｔ毫??ｒ?ｎ－漂移区??Ｒｓｕｂ?＾?Ｎ＋衬底??漏极??图１．４ＤＭＯＳＦＥＴ器件结构与导通电阻主要组成示意图？??ＤＭＯＳＦＥＴ的导通电阻ｉ？ｏｎ可表示为沟道电阻凡；ｈ、ＪＦＥＴ区电阻ｉ？ＪＦＥＴ、扩散电阻及ｓｐ、??漂移区电阻ｉ？ｄｒｉｆｔ和衬底电阻ｉ？ｓｕｂ之和。??对低于３ｋＶ等级的ＳｉＣＤＭＯＳＦＥＴ而言，沟道电阻和ＪＦＥＴ电阻是其总阻值的重要组??成部分。提高沟道电子迁移率和减小ＪＦＥＴ区电阻都是降低导通电阻的有效方法。提高迁??移率的途径包括提高栅极电压使得沟道完全开通，或减小沟道长度。前者的弊端在于过高??的栅极电压导致的栅氧化层电场强度过高，而后者在沟道长度过小时会引起短沟道效应。??沟槽栅ＭＯＳＦＥＴ也称ＵＭＯＳＦＥＴ，其结构如图１．５所示［１Ｑ］。相比ＤＭＯＳＦＥＴ而言，??ＵＭ
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化硅电力电子器件在电力系统的应用展望[J]. 盛况,郭清,张军明,钱照明. 中国电机工程学报. 2012(30)
硕士论文
[1]1200V SiC MOSFET与Si IGBT的短路可靠性对比和分析[D]. 孙佳慧.浙江大学 2017
本文编号：3357842
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3357842.html
