本文選題：1200V　切入點(diǎn)：碳化硅　出處：《湖南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著智能電網(wǎng),新能源發(fā)電,大電機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)的快速發(fā)展,電力電子技術(shù)在特大容量電能轉(zhuǎn)換應(yīng)用領(lǐng)域正面臨前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。SiC(碳化硅)材料具體有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、電子遷移率速度快、熱導(dǎo)率高等物理性質(zhì)方面的優(yōu)勢(shì),這些特點(diǎn)讓碳化硅十分適用于高溫、高壓、高頻和抗輻射的環(huán)境中。其中,高的熱導(dǎo)率有益于大功率器件的熱耗散和高度集成；高的飽和速度可以使之應(yīng)用于雷達(dá)功率器件和快速器件；高的臨界位移能使碳化硅器件的抗輻射性能優(yōu)于硅基器件。這些特性使得碳化硅器件在高頻、高溫、高功率、抗輻射等方面具有良好的性能,為其在航空航天、軍事、石油勘測(cè)、核能、通訊等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。1200V碳化硅MOSFET憑借其低導(dǎo)通比電阻和超快的開關(guān)速度等性能優(yōu)點(diǎn),成為了研究和產(chǎn)業(yè)化的熱點(diǎn),也被廣泛認(rèn)為是最有可能取代1200V絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的器件。本文在半導(dǎo)體物理學(xué)和功率器件的基礎(chǔ)上,運(yùn)用SILVACO公司的Atlas軟件,對(duì)1200V的碳化硅MOSFET進(jìn)行了物理建模的修改和器件電學(xué)特性的仿真,設(shè)計(jì)了1200V碳化硅MOSFET元胞,并對(duì)碳化硅MOSFET結(jié)構(gòu)中的基區(qū)厚度和摻雜濃度、JFET區(qū)寬度和摻雜濃度、p-base區(qū)厚度和摻雜濃度、溝道長度度等核心器件參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,得到了更低的導(dǎo)通比電阻和更高的擊穿電壓,實(shí)現(xiàn)了1200V碳化硅MOSFET的設(shè)計(jì)優(yōu)化和性能的提高。最后本文討論了具有n型電流擴(kuò)展層(Current Spreading Layer, CSL)和超級(jí)結(jié)(Super Junction, SJ)的新型SiC MOSFET結(jié)構(gòu),擁有新型結(jié)構(gòu)的的碳化硅MOSFET可以進(jìn)一步提高其擊穿電壓并降低其導(dǎo)通電阻,實(shí)現(xiàn)其性能的進(jìn)一步優(yōu)化。
[Abstract]:With the rapid development of smart grid, new energy generation and large motor frequency conversion and energy saving technology, power electronics technology is facing unprecedented opportunities and challenges in the field of super capacity power conversion application. The advantages of physical properties such as high breakdown electric field, high electron mobility and high thermal conductivity make silicon carbide very suitable for high temperature, high pressure, high frequency and radiation resistant environments. High thermal conductivity is beneficial to the thermal dissipation and high integration of high power devices, and high saturation speed can be used in radar power devices and fast devices. The high critical displacement can make silicon carbide devices have better anti-radiation performance than silicon based devices. These characteristics make silicon carbide devices have good performance in high frequency, high temperature, high power, radiation resistance and so on, for aerospace, military, The application of petroleum survey, nuclear energy, communication and other fields has laid a good foundation. 1200V silicon carbide MOSFET has become a hot spot in research and industrialization because of its advantages of low on-specific resistance and ultra-fast switching speed. It is also widely considered to be the most likely device to replace 1200V insulated gate bipolar transistor (IGBT). Based on semiconductor physics and power devices, the Atlas software of SILVACO Company is used in this paper. The physical modeling of 1200V silicon carbide MOSFET and the simulation of the electrical characteristics of the device are carried out. The 1200V silicon carbide MOSFET cell is designed. The thickness of the base region and the doping concentration in the silicon carbide MOSFET structure, the width of the base region and the width of the doping concentration, the thickness of the p-base region and the doping concentration, are also studied. The core device parameters such as channel length are optimized to obtain lower on-ratio resistance and higher breakdown voltage. The design optimization and performance improvement of 1200V sic MOSFET are realized. Finally, a new SiC MOSFET structure with current Spreading layer (CSL) and Super Junction (SJS) is discussed. Silicon carbide MOSFET with a new structure can further improve its breakdown voltage and reduce its on-resistance to achieve further performance optimization.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN386

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本文編號(hào)：1658570