發(fā)布時間：2021-08-23 12:12

　　半導(dǎo)體器件是電力電子行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。作為第三代半導(dǎo)體器件的重要代表,碳化硅（SiC）基功率器件憑借其高擊穿場強(qiáng)、高飽和電子遷移率、高熱導(dǎo)率等優(yōu)異的材料優(yōu)勢,被越來越廣泛地應(yīng)用于高壓、高溫、高頻、大功率的領(lǐng)域。功率SiC MOSFET被認(rèn)為是當(dāng)前主流的硅（Si）基IGBT的有力競爭者。然而,就目前的商用SiC MOSFET器件而言,關(guān)于其異常工況下工作情況的研究仍不充分,這對基于SiC MOSFET器件的電力電子變換器設(shè)計(jì)帶來了不確定性。同時,SiC/SiO2界面態(tài)與溝槽柵等新型器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等也給器件可靠性帶來了更多的未知因素。器件短路是異常工況中最嚴(yán)峻的一類。當(dāng)發(fā)生負(fù)載短路時,功率MOSFET器件兩端會直接與高母線電壓連接。短路過程對器件同時承受高電壓、大電流與高結(jié)溫的能力帶來了巨大考驗(yàn)。然而,在目前商用SiC MOSFET的數(shù)據(jù)手冊中,幾乎沒有關(guān)于其短路承受能力的評估結(jié)果。而國內(nèi)外團(tuán)隊(duì)對SiC MOSFET短路可靠性的相關(guān)研究也主要集中于有明顯外部表征的失效模式,缺乏對失效前器件性能退化情況的探討。另外,隨著對更高功率密度與集成度的追求,溝槽柵結(jié)構(gòu)的功率MOSFET逐漸興起,現(xiàn)階段卻... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２?ＳｉＣ與Ｓｉ器件漂移區(qū)厚度與場強(qiáng)對比??１．３Ｓｉ基ＳｉＣ基電［８］

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文?１．緒論??Ｉ?ｉ??＾ｓｕｒｆａｃｅ?＼…即（闕？腳??＇?＾?１?＾ｄｒｉｆｔ??圖１．２?ＳｉＣ與Ｓｉ器件漂移區(qū)厚度與場強(qiáng)對比??圖１．３展示了常見的Ｓｉ基功率器件與ＳｉＣ基功率器件特征電阻與擊穿電壓分布［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�！鵁o－??〇?ｆ－ｌ?Ｓｉ?ＳＪ?ＭＯＳＦＥＴ?Ａ?＾?／??／?１２ｔｌｖ?＾??１００?１０００?１００００??ＶｂｒＣＶ）??圖１．３常見Ｓｉ基功率器件與ＳｉＣ基功率器件特征電阻與擊穿電壓分布??同時，ＳｉＣ基功率器件更小的尺寸可以使得器件的寄生電容與電感值大大降低，從而??實(shí)現(xiàn)更好的開關(guān)特性。在封裝合適的條件下，ＳｉＣ基功率器件可以工作在近１０００°Ｃ的結(jié)溫??下，而Ｓｉ材料在４００°Ｃ時就會成為本征半導(dǎo)體。優(yōu)異的導(dǎo)熱性能也使得ＳｉＣ基功率器件能??夠更好地適應(yīng)高溫應(yīng)用場合。??３??

ｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ基本介紹??ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ具有開關(guān)速度快、耐壓高、導(dǎo)通電阻低、工作溫度高等優(yōu)勢。隨著ＳｉＣ材??料生長技術(shù)的日益成熟，ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ被越來越廣泛地應(yīng)用于大功率、高溫、高頻的場景??中，被認(rèn)為是Ｓｉ?ＩＧＢＴ的有力競爭者。??常見的功率ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ結(jié)構(gòu)為雙注入型（ＤｏｕｂｌｅＤｉｆｆｕｓｅ）平面柵ＭＯＳＦＥＴ，也可稱為??ＤＭＯＳＦＥＴ。當(dāng)給柵極施加一個高于閾值電壓的偏置電壓時，Ｐ基區(qū)會形成反型溝道，將源??區(qū)與ＪＦＥＴ區(qū)域連接。ＤＭＯＳＦＥＴ的結(jié)構(gòu)如圖１．４所示。２０１１年，科銳（Ｃｒｅｅ）公司推出了第一??款此結(jié)構(gòu)的商用ＳｉＣ?ＭＯＳＦＥＴ芯片［９］。??柵極??源極和基區(qū)接觸??氧化層???Ｎ＋源極??Ｒｃｈ?Ｒｓｐ?Ｉ?＿?（咖??ｆ＾ＪＦＥＴ?ｉ??尺ｒｆｒｉ／ｔ毫??ｒ?ｎ－漂移區(qū)??Ｒｓｕｂ?＾?Ｎ＋襯底??漏極??圖１．４ＤＭＯＳＦＥＴ器件結(jié)構(gòu)與導(dǎo)通電阻主要組成示意圖？??ＤＭＯＳＦＥＴ的導(dǎo)通電阻ｉ？ｏｎ可表示為溝道電阻凡；ｈ、ＪＦＥＴ區(qū)電阻ｉ？ＪＦＥＴ、擴(kuò)散電阻及ｓｐ、??漂移區(qū)電阻ｉ？ｄｒｉｆｔ和襯底電阻ｉ？ｓｕｂ之和。??對低于３ｋＶ等級的ＳｉＣＤＭＯＳＦＥＴ而言，溝道電阻和ＪＦＥＴ電阻是其總阻值的重要組??成部分。提高溝道電子遷移率和減�。剩疲牛詤^(qū)電阻都是降低導(dǎo)通電阻的有效方法。提高遷??移率的途徑包括提高柵極電壓使得溝道完全開通，或減小溝道長度。前者的弊端在于過高??的柵極電壓導(dǎo)致的柵氧化層電場強(qiáng)度過高，而后者在溝道長度過小時會引起短溝道效應(yīng)。??溝槽柵ＭＯＳＦＥＴ也稱ＵＭＯＳＦＥＴ，其結(jié)構(gòu)如圖１．５所示［１Ｑ］。相比ＤＭＯＳＦＥＴ而言，??ＵＭ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]碳化硅電力電子器件在電力系統(tǒng)的應(yīng)用展望[J]. 盛況,郭清,張軍明,錢照明.  中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2012(30)

碩士論文
[1]1200V SiC MOSFET與Si IGBT的短路可靠性對比和分析[D]. 孫佳慧.浙江大學(xué) 2017



本文編號：3357842