碳化硅功率MOSFET是寬禁帶功率半導體器件的典型代表,具有優(yōu)異的電氣性能�；诘蜏丨h(huán)境下的應用需求,研究了1200 V碳化硅功率MOSFET在77.7 K至300 K溫區(qū)的靜/動態(tài)特性,定性分析了溫度對碳化硅功率MOSFET性能的影響。實驗結果顯示,溫度從300 K降低至77.7 K時,閾值電壓上升177.24%,漏-源極擊穿電壓降低32.99%,柵極泄漏電流降低82.51%,導通電阻升高1 142.28%,零柵壓漏電流降低89.84%（300 K至125 K）。雙脈沖測試顯示,開通時間增大8.59%,關斷時間降低16.86%,開關損耗增加48%。分析發(fā)現(xiàn),碳化硅功率MOSFET較高的界面態(tài)密度和較差的溝道遷移率,是導致其在低溫下性能劣化的主要原因。 

【文章來源】：低溫與超導. 2020年03期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

低溫靜態(tài)特性測試平臺結構

雙脈沖測試(DPT)是評估功率器件動態(tài)性能的慣用方法。通過發(fā)出兩個方波脈沖使被測器件開通關斷各兩次,取第一次關斷和第二次開通時的動態(tài)參數(shù),模擬被測器件在實際電路中的運行工況。在該方法中,被測器件的導通時間短,產生熱量小,可防止結溫對測量結果的影響。圖2是基于雙脈沖測試方法搭建的功率MOSFET低溫動態(tài)特性測試平臺。該測試平臺主要包括:雙脈沖測試板、驅動板、雙脈沖發(fā)生器、示波器、可調直流穩(wěn)壓電源、高壓隔離差分探頭、電流探頭、低溫杜瓦、溫控系統(tǒng)、樣品架等。雙脈發(fā)生器和驅動板用于向被測器件提供雙脈沖驅動信號。電壓/電流探頭和示波器用于采集和顯示各電氣參量。雙脈沖測試板用于提供穩(wěn)壓母線和續(xù)流通路。

MOSFET的閾值電壓由三部分構成:氧化層壓降、耗盡層壓降和半導體平帶電壓[10]。溫度降低時,本征載流子濃度呈指數(shù)降低,使P襯底費米勢增大,進而使氧化層壓降和耗盡層壓降增大(耗盡層壓降等于兩倍P襯底費米勢)。此外,碳化硅功率MOSFET本身的界面態(tài)密度就比較高,溫度降低時,界面陷阱的載流子俘獲率增大,界面陷阱電荷增大,使平帶電壓升高。因此,在低溫下,半導體表面形成反型層需要更大的柵壓,宏觀表現(xiàn)為閾值電壓的升高。閾值電壓的升高會降低功率器件誤導通的可能性,提高對電路噪聲和柵壓震蕩的耐受性,但是也會使驅動功率增大,驅動難度提高。3.2 漏-源極擊穿電壓


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