碳化硅功率MOSFET是寬禁帶功率半導(dǎo)體器件的典型代表,具有優(yōu)異的電氣性能。基于低溫環(huán)境下的應(yīng)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(dòng)態(tài)特性,定性分析了溫度對(duì)碳化硅功率MOSFET性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,溫度從300 K降低至77.7 K時(shí),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(dǎo)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(cè)試顯示,開通時(shí)間增大8.59%,關(guān)斷時(shí)間降低16.86%,開關(guān)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(dǎo)致其在低溫下性能劣化的主要原因。 

【文章來源】：低溫與超導(dǎo). 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(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)

雙脈沖測(cè)試(DPT)是評(píng)估功率器件動(dòng)態(tài)性能的慣用方法。通過發(fā)出兩個(gè)方波脈沖使被測(cè)器件開通關(guān)斷各兩次,取第一次關(guān)斷和第二次開通時(shí)的動(dòng)態(tài)參數(shù),模擬被測(cè)器件在實(shí)際電路中的運(yùn)行工況。在該方法中,被測(cè)器件的導(dǎo)通時(shí)間短,產(chǎn)生熱量小,可防止結(jié)溫對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。圖2是基于雙脈沖測(cè)試方法搭建的功率MOSFET低溫動(dòng)態(tài)特性測(cè)試平臺(tái)。該測(cè)試平臺(tái)主要包括:雙脈沖測(cè)試板、驅(qū)動(dòng)板、雙脈沖發(fā)生器、示波器、可調(diào)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(qū)動(dòng)板用于向被測(cè)器件提供雙脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。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(cè)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(gòu)成:氧化層壓降、耗盡層壓降和半導(dǎo)體平帶電壓[10]。溫度降低時(shí),本征載流子濃度呈指數(shù)降低,使P襯底費(fèi)米勢(shì)增大,進(jìn)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(fèi)米勢(shì))。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(shí),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(dǎo)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(huì)降低功率器件誤導(dǎo)通的可能性,提高對(duì)電路噪聲和柵壓震蕩的耐受性,但是也會(huì)使驅(qū)動(dòng)功率增大,驅(qū)動(dòng)難度提高。3.2 漏-源極擊穿電壓


本文編號(hào)：2950498