碳化硅（silicon carbide,SiC）金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,MOSFET）比Si MOSFET具有更低的導(dǎo)通電阻、更高的通流能力和熱穩(wěn)定性。但射頻硅（radio frequency silicon,RF-Si）基MOSFET憑借其優(yōu)異的開關(guān)動態(tài)特性,在高壓納秒脈沖發(fā)生器中的使用比SiCMOSFET更為普及。為了拓展SiC MOSFET的應(yīng)用范圍,通過RF-Si和SiCMOSFET在多脈沖參數(shù)條件下瞬態(tài)開關(guān)特性（動態(tài)特性、瞬態(tài)開關(guān)損耗、時間抖動）的對比研究,該文揭示2種半導(dǎo)體器件在瞬態(tài)高壓和強流下的開關(guān)特性差異。實驗結(jié)果表明:相對于RF-Si基MOSFET,SiC MOSFET的優(yōu)勢體現(xiàn)在開通、關(guān)斷時間。但由于寄生參數(shù)的影響,SiC MOSFET呈現(xiàn)出更大的振蕩和過沖,而在瞬態(tài)開關(guān)損耗、時間抖動方面沒有明顯的優(yōu)勢。因此,通過改進SiCMOSFET的封裝從而減小寄生參數(shù),將推動SiC MOSFET在高壓納秒脈沖發(fā)生器中的應(yīng)用。 

【文章來源】：中國電機工程學(xué)報. 2020,40(06)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

不同充電電壓時開通行為對比Fig.7Comparisonofturn-onbehaviorswithdifferentchargingvoltagest(10ns/格)

??LC振蕩以及開關(guān)寄生電容間耦合作用，會引起Ugs、Uds、iD在關(guān)斷時刻劇烈振蕩，振蕩頻率如式(22)所示，并且將表現(xiàn)出較大的負向關(guān)斷損耗。此時關(guān)斷損耗為：loop-offsaveds1L(CC)(22)878787off.dcD()dttttttEUitt→→(23)6778offoff.ttoff.ttEEE→→(24)4）階段4(t8—t9)。t8時刻，Ugs電壓下降到門限電壓Uth以下，漏極電流下降為0。2高壓瞬態(tài)強流下開關(guān)特性對比實驗電路如圖4所示，被測器件為IXYS公司的RF-Si基MOSFETDE475-102N21A和CREE公司的SiCMOSFETC3M0065100J，電流探頭為Pearson公司的6600，帶寬120MHz。低壓部分測量探頭為LecroyPP026400V，帶寬500MHz。高壓部分測量探頭為LecroyPPE6kV，帶寬400MHz�？刂菩盘柊l(fā)生裝置為美國StanfordResearchSystems超低抖動數(shù)字延時觸發(fā)器DG645。波形記直流電源信號發(fā)生器高壓電源示波器隔離電源轉(zhuǎn)換脈沖發(fā)生部分信號光隔離圖4高壓瞬態(tài)強流下開關(guān)特性測試平臺Fig.4TestingplatformforMOSFETcharacteristicsundertransienthighvoltageandhighcurrent錄示波器為LecroyWavePro760Zi-A，帶寬6GHz。實驗參數(shù)及驅(qū)動參數(shù)如表2所示。由于高壓脈沖幅值達到1kV，實驗過程專門設(shè)計信號光纖隔離電路和隔離電源轉(zhuǎn)換電路以隔離高壓脈沖，從而避免對實驗設(shè)備的干擾和損壞。表2實驗及驅(qū)動IC主要參數(shù)表Tab.2ExperimentalanddriverICparameters參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值驅(qū)動型號IXRFD630Udc/V1000UG.on/V15Rcharge/K200UG.off/V

了更高的電流變化率，也增加了振蕩和過沖。對于關(guān)斷損耗，雖然SiCMOSFET震蕩和過沖引起額外的損耗，但由于其關(guān)斷時間快，尤其在較高充電電壓條件下，關(guān)斷損耗明顯小于RF-Si基MOSFET。但充電電壓較低時，以振蕩引起的關(guān)斷損耗為主，此時其關(guān)斷損耗比RF-Si基MOSFET大。3.2流經(jīng)漏–源電流納秒脈沖發(fā)生器由于應(yīng)用場所不同，其脈沖電流也跟隨負載條件改變而變化[5-12]。因此本文控制充電電壓恒定1000V，脈沖寬度200ns，探究10~90A電流條件下的開關(guān)動態(tài)特性變化規(guī)律。由圖9可知，2種開關(guān)在較低電流時，均保持t(10ns/格)RF-SiMOSFETSiCMOSFETUds(200V/格)iD(20A/格)Pon(2.5kVA/格)Ugs(20V/格)圖9不同漏–源電流時開通行為對比Fig.9Comparisonofturn-onbehaviorswithdifferentdrain-sourcecurrent

【參考文獻】：
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