【摘要】：以SiC和GaN為代表的寬禁帶半導體器件相比于傳統(tǒng)Si器件,具有高擊穿電壓、高飽和漂移速度、高工作頻率以及高工作結溫等優(yōu)點,可以大幅改善電力電子系統(tǒng)的性能。本文以SiC MOSFET為研究對象,研究電路中寄生參數(shù)對其開關過程的影響。SiCMOSFET的開關速度極快,寄生參數(shù)對其開關特性的影響遠比傳統(tǒng)Si器件要明顯,在實際工程應用中,通過建模進行前期優(yōu)化設計是很有必要的。在大量調研功率半導體的器件模型后,本文選擇建立SiC MOSFET的數(shù)學模型,并用所建立的模型來分析SiC MOSFET的開關特性。首先,本文在對SiC MOSFET開關電路進行深入分析后,得到其開關過程各階段的電壓電流方程,通過數(shù)學方程時域求解,得到各階段電壓電流表達式,從而建立了一階數(shù)學模型,這個模型可以對器件開關過程波形進行一定程度上的模擬,讓我們可以快速的了解一個新器件的開關特性。然后,在一階數(shù)學模型的基礎上,通過對器件寄生電容和跨導的非線性表達以及采用數(shù)學迭代法求解高階矩陣方程的方式,建立了更為精確的高階數(shù)學模型,可以高度模擬器件的真實開關過程。在對高階數(shù)學模型進行SPICE模型仿真和雙脈沖測試實驗雙重驗證后,證明了其對器件開關過程模擬的精確度。然后基于高階數(shù)學模型,針對包括器件寄生電容在內的寄生參數(shù)對器件開關過程的影響進行了深入分析,并指出了相應的實際工程應用中的優(yōu)化設計方法。
【圖文】：

晶體管的開關速度，ＱＦ１是指散熱材料和功率器件的有源器件區(qū)域，ＱＦ２是基于逡逑理想散熱器，ＱＦ３是基于散熱器及其幾何形態(tài)，ＢＦＭ是基于高頻應用［７］，具體比逡逑較見圖１．３。表１．１為其材料特性對比［８，９］。逡逑ＣＺ�。拢龋�？：ｉｉＥ０５逡逑＿邋ＱＦ３（－ＢＦＭ｜：邐邐邐逡逑１００００－＝邐ＱＦ２；邋｝ｊａＡＥｃ逡逑？邐：邐詠』，嚴邐１１１逡逑＾｜１000１邋＾３ＪＦＭ：（Ｅ￡ｖＪｓｆ邐ｉ邐１邋ｎ逡逑幢＿逡逑Ｓｉ邐ＧａＡｓ邋３Ｃ－ＳＣ邋６Ｈ－ＳｉＣ邋４Ｈ－Ｓ？Ｃ邋ＧａＮ逡逑Ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑圖１．３以Ｓｉ材料為基準的不同半導體材料性能比較逡逑Ｆｉｇ邋１．３邋Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ邋ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋Ｓｉ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑表ｉ．ｉ不同半導體材料特性對比逡逑Ｔａｂ邋１．１邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑特性邐４Ｈ－ＳｉＣ邐６Ｈ－ＳｉＣ邐３Ｃ－ＳｉＣ邐ＧａＮ邐ＧａＡｓ邐Ｓｉ逡逑禁帶寬度（ｅＶ）邐３．２６邐３邐２．２邐３．４邐１．４３邐１．１２逡逑介電常數(shù)邐９．７邐９．７邐９．７邐９．５邐１２．８邐１１．８逡逑２逡逑

＼邋ｒ逡逑１０邋ｗ邋ｉｄ＊邋ｉｏ＊邋ｉｆｆ邋ｉｆ邋ｆ［Ｈｚｌ逡逑圖１．２不同功率半導體器件的制造材料極限逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｌｉｍｉｔ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ邋ｄｅｖｉｃｅｓ逡逑功率半導體器件的材料特性對器件的性能起著關鍵的作用。在這方面，以ＳｉＣ逡逑為首的寬禁帶器件為克服傳統(tǒng)Ｓｉ基器件中的材料限制提供了巨大的優(yōu)勢。寬禁帶逡逑半導體材料的理論性能可以通過以Ｓｉ材料性能為基準的方式，建立一系列指標來逡逑相互對比。其中，ＪＦＭ是對器件性能的基本限制（高功率和高頻率），ＫＦＭ是基于逡逑晶體管的開關速度，，ＱＦ１是指散熱材料和功率器件的有源器件區(qū)域，ＱＦ２是基于逡逑理想散熱器，ＱＦ３是基于散熱器及其幾何形態(tài)，ＢＦＭ是基于高頻應用［７］，具體比逡逑較見圖１．３。表１．１為其材料特性對比［８，９］。逡逑ＣＺ！ＢＨＦ？：ｉｉＥ０５逡逑＿邋ＱＦ３（－ＢＦＭ｜：邐邐邐逡逑１００００－＝邐ＱＦ２；邋｝ｊａＡＥｃ逡逑？邐：邐詠』，嚴邐１１１逡逑＾｜１000１邋＾３ＪＦＭ：（Ｅ￡ｖＪｓｆ邐ｉ邐１邋ｎ逡逑幢＿逡逑Ｓｉ邐ＧａＡｓ邋３Ｃ－ＳＣ邋６Ｈ－ＳｉＣ邋４Ｈ－Ｓ？Ｃ邋ＧａＮ逡逑Ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑圖１．３以Ｓｉ材料為基準的不同半導體材料性能比較逡逑Ｆｉｇ邋１．３邋Ｐｅｒｆｏ
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN303

【參考文獻】

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本文編號：2706363