與傳統(tǒng)的硅（Si）IGBT相比,碳化硅（SiC）功率MOSFET憑借其優(yōu)異的材料性能可以在高溫環(huán)境下進(jìn)一步提高功率電子系統(tǒng)的效率和功率密度。如今,SiC MOSFET正在逐步應(yīng)用在包括電動汽車（EV）,混合電動汽車（HEV）在內(nèi)的大功率設(shè)備中。其中電動汽車的高速發(fā)展備受關(guān)注,如今電動汽車的高電壓高續(xù)航成為一個重要發(fā)展趨勢,這使得1200V耐壓等級及以上的電源設(shè)備需求增大。在此背景下對于1200V SiC VDMOS在實際應(yīng)用中的研究變得十分重要。為了研究1200V中等電流等級器件的可靠性問題,本文首先通過仿真軟件設(shè)計了與中等電流等級器件性能一致的SiC VDMOS元胞,并對仿真相關(guān)的物理模型進(jìn)行調(diào)整與擬合,接著通過實驗與仿真相結(jié)合的方式對1200V中等電流等級器件的可靠性進(jìn)行詳細(xì)分析。本論文首先對SiC VDMOS仿真相關(guān)的物理模型進(jìn)行擬合與調(diào)整,由于在可靠性研究中熱特性分析不可或缺,所以本文引入了自發(fā)熱模型以及熱邊界條件。接著對1200V SiC VDMOS元胞結(jié)構(gòu)中的JFET區(qū)寬度和摻雜濃度、Pwell區(qū)厚度和摻雜濃度、溝道長度以及柵氧化層厚度等核心器件參數(shù)進(jìn)行了仿真設(shè)計,在保證靜... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

相同耐壓等級下SiC材料與Si材料器件尺寸對比[8]

第一章緒論3圖1-3羅姆公司電機模塊發(fā)展圖圖1-4對SiC與Si在不同電壓等級的使用進(jìn)行了對比總結(jié)，在低壓范圍，SiC相對與Si器件沒有太大優(yōu)勢，仍然是Si基MOSFET與IGBT為主要產(chǎn)品。而在中高壓范圍，SiCMOSFET可以很好地彌補Si基IGBT的缺點，提升能量密度，實現(xiàn)高頻化與小型化。耐壓等級6.5kV3.3kV1.7kV1.2kV900V600V400V100VMOSFET超結(jié)MOSFETIGBTMOSFETIGBT明顯降低開關(guān)損耗并且通過高頻化從而實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化減小芯片面積同時減小恢復(fù)損耗此電壓等級區(qū)域SiC器件對于Si器件無明顯優(yōu)勢Si材料SiC材料圖1-4SiC與Si在不同電壓等級的主要產(chǎn)品目前，在國際上占主導(dǎo)地位的SiC功率器件產(chǎn)業(yè)化公司有Cree旗下的Wolfspeed、英飛凌Infineon、羅姆Rohm、意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）、三菱（Mitsubishi），國際市場90%市場份額被他們所占領(lǐng)，另外，美國通用電氣（GE）、日本豐田（Toyota）、日本富士（Fuji）、日本東芝（Toshiba）、MicroSemi、瀚薪Hestia、

第一章緒論5于2011年發(fā)布第一款平面1200VSiCMOSFET。CREE在2012年推出了第二代耐壓等級為1200V的4H-SiCMOSFET(圖1-5)，其在額定電流達(dá)到200A的情況下還能夠在比導(dǎo)通電阻方面相較于第一代MOSFET在常溫下減少了百分之五十，同時第二代產(chǎn)品在工作溫度為25~300℃之間時都能保持良好的穩(wěn)定性。圖1-5Cree公司推出的第二代1200VSiCMOSFET產(chǎn)品隨著SiO2/SiC界面特性的不斷優(yōu)化，以及各步工藝的升級，具有N溝道SiCMOSFET器件受到商業(yè)生產(chǎn)的青睞。CREE公司2015年和2016年分別發(fā)售了耐壓等級為900V和1000V系列的平面型SiCMOSFET產(chǎn)品，并于2017年報道了第三代耐壓等級為1700V，比導(dǎo)通電阻低至20mΩ·cm2的超高速平面型4H-SiCMOSFET[17]。2012年ROHM提出了雙槽型（DoubleTrench）4H-SiCMOSFET結(jié)構(gòu)。普通的單槽型結(jié)構(gòu)由于柵極槽底部電場集中而存在長期可靠性相關(guān)的問題。然而ROHM開發(fā)的雙槽型結(jié)構(gòu)通過在源極部分也設(shè)置槽結(jié)構(gòu)，緩和了柵極槽底部的電場集中問題，確保了長期可靠性。這款采用雙槽型結(jié)構(gòu)的SiC-MOSFET，與他們第2代平面型（DMOS結(jié)構(gòu)）SiC-MOSFET相比，導(dǎo)通電阻降低約50%，輸入電容降低約35%。同樣在2012年，ROHM公司成功研發(fā)了耐壓等級為690V而比導(dǎo)通電阻僅為1.0mΩcm2的4H-SiC雙槽型MOSFETs[18]，如圖1-6所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]SiC功率開關(guān)管短路特性分析及保護(hù)綜述[J]. 徐克峰,秦海鴻,劉清,王丹,張英,戴衛(wèi)力.  上海電機學(xué)院學(xué)報. 2016(05)
[2]SiC MOSFET體二極管反向恢復(fù)特性研究[J]. 史孟,彭詠龍,李亞斌,江濤.  電力科學(xué)與工程. 2016(09)
[3]寬禁帶半導(dǎo)體SiC功率器件發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 張波,鄧小川,張有潤,李肇基.  中國電子科學(xué)研究院學(xué)報. 2009(02)



本文編號：3419319