高压碳化硅IGBT器件的电学特性

借助计算机辅助设计技术(TCAD)仿真并结合基础物理建模,对SiC n和p沟道IGBT器件的电学特性进行比较研究。研究表明,在小电流密度下,n-IGBT电导调制效应较强,并具有较低的通态压降。而在较大的正向偏置电压下,p-IGBT背部的n^(+)注入层的正向载流子注入增强,从而使得p-IGBT导通电流较大。相比较npn晶体管而言,由于n-IGBT内部pnp晶体管的电流增益较低,关断过程中载流子的抽取电流较高,耗尽层扩展速度较快,使得其关断时间较短,因而n-IGBT在动态关断能耗和正向导通压降之间具有较好的折中关系。但n-IGBT关断过程中电压变化率(dv/dt)、电流变化率(di/dt)值较高,特别是发生电压穿通现象过后。因此,应对n-IGBT电磁干扰(EMI)抑制的器件设计技术加以重视。

SiO_2/SiC界面陷阱对SiC MOSFET开关损耗的影响

位于SiO_2/SiC界面处密度较高的陷阱,不仅俘获SiC MOSFET沟道中的载流子,而且对沟道中的载流子形成散射、降低载流子的迁移率,因而严重影响了SiC MOSFET的开关特性。目前商业化的半导体器件仿真软件中迁移率模型是基于Si器件开发,不能体现SiO_2/SiC界面处的陷阱对沟道中载流子的散射作用。通过引入能正确反映界面陷阱对载流子作用的迁移率模型,利用半导体器件仿真软件研究了界面陷阱对SiC MOSFET动态特性的影响。结果表明,随着界面陷阱密度的增加,SiC MOSFET开通过程变慢,开通损耗增加,而关断过程加快,关断损耗减小;但是由于沟道载流子数量的减少、导通电阻的增加,总损耗是随着界面陷阱密度的增加而增加。

SiC JFET与SiC MOSFET失效模型及其短路特性对比

建立了两种碳化硅(SiC)器件JFET和MOSFET的失效模型.失效模型是在传统的电路模型的基础上引入了额外附加的泄漏电流,其中,SiC JFET是在漏源极引入了泄漏电流,SiC MOSFET是在漏源极和栅极引入了泄漏电流;同时,为了体现温度和电场强度与失效的关系,用与温度和电场强度相关的沟道载流子迁移率代替了传统电路模型所采用的常数迁移率.有关文献的实验结果和半导体器件的计算机模拟(Technology Computer Aided Design,TCAD)验证了两种SiC器件失效模型的准确性.所建立的失效模型能够对比SiC JFET和SiC MOSFET的短路特性.

包含SiC/SiO2界面电荷的SiC MOSFET的SPICE模型

建立碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物–半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor, MOSFET)的通用模拟电路仿真器(simulation program with integrated circuit emphasis,SPICE)模型。模型采用三段电流表达式分别描述SiC MOSFET工作在截止区、线性区和饱和区,引入SiCMOSFET的漏极和源极之间的泄漏电流及栅极氧化层的泄漏电流,并采用包含SiC/SiO2界面电荷的迁移率模型描述沟道载流子在不同温度范围内的行为表现,建立电–热网络模型模拟SiC MOSFET在开关状态和高电应力下的自热效应。开关电路和短路实验验证了所建立的SiC MOSFET的SPICE模型的准确性。应用所建立的SPICE模型讨论不同密度的SiC/SiO2界面电荷对SiC MOSFET的开关特性及短路失效的影响。结果表明,高密度的界面电荷一方面能够延迟SiCMOSFET的导通并增加通态电阻,导致SiCMOSFET的开关损耗增加,另一方面能够降低SiCMOSFET在短路环境下的饱和电流,并延迟SiC MOSFET的失效。

碳化硅MOSFET电路模型及其应用

建立了新颖的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管等效电路模型.在常规碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管等效电路模型的基础上,引入了栅极氧化层泄漏电流模型和PN结的泄漏电流模型,并用能够反映碳化硅/氧化层界面特性的迁移率模型替换常规碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管电路模型中的常数迁移率.有关文献的实验数据验证了所建立的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管电路模型的准确性.与常规碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管电路模型相比,文中的电路模型能较为准确地模拟出碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的氧化层泄漏电流和短路失效现象.另外,该模型还可以用于讨论碳化硅/氧化层界面陷阱对工作在短路状态下的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管特性的影响.

碳化硅MOSFET的Matlab/Simulink建模及其温度特性评估

为了更好地评估碳化硅(Silicon carbide,SiC)MOSFET在功率变换装置中的性能,需要建立精确的SiC MOSFET模型。针对传统的SiC MOSFET的建模方法的不足,在Matlab/Simulink环境中提出了一种基于先进迁移率模型的SiC MOSFET模型。利用Matlab/Simulink强大的数学处理能力和丰富的模块功能,该模型考虑了实际SiC/SiO_2界面特性的影响。利用SiC MOSFET的产品手册中的实测曲线和所搭建的实验电路的测试结果验证了所建立模型的准确性。基于所建立的模型,研究了SiC/SiO_2非常重要的界面参数——界面陷阱电荷对SiC MOSFET温度特性的影响;从模型和实验上对比了SiC MOSFET与Si MOSFET在开关电路中瞬态温度的变化,结果显示碳化硅功率器件具有非常优秀的温度特性。

基于先进迁移率模型的4H-SiC MOSFET Spice模型研究

提出了一种基于先进迁移率模型的4H-SiC MOSFET的Spice模型,该模型是基于MOSFET的Spice一级(Level-1)模型方程,将方程中的常数迁移率用更能准确反映4H-SiC/SiO2界面特性的迁移率模型来代替.产品数据手册验证了该模型静态特性的准确性,DC/DC Boost变换器实验也验证了该模型动态特性的准确性.利用该模型讨论了4H-SiC/SiO2的界面态密度和表面粗糙度对4H-SiC MOSFET开关特性的影响.结果表明,随着界面态密度的增加,4H-SiC MOSFET的开通延迟时间随之增加,而关断提前的时间也增加,同时器件的开关损耗也增加,但是表面粗糙度对开关特性的影响非常小.所取得的结果对4H-SiC MOSFET的应用和器件工艺都有一定的指导作用.

基于全SiC器件的交错并联Boost PFC电路

与传统的硅(Si)功率器件相比,碳化硅(SiC)功率器件具有击穿电场强度高、导热率高、开关频率高、通态电阻低等优点。将SiC功率器件引入交错并联Boost功率因数校正(PFC)电路,分析了临界导通模式(BCM)下电路的工作特性,给出了主电路元器件的设计方法及设计过程,搭建了以UCC28061为控制芯片的实验电路与测试平台。测试结果表明,在达到PFC的目的、降低电流纹波的同时,在数百千赫兹工作频率下,SiC MOSFET比Si MOSFET具有更低的结温,对提升系统的工作效率、降低损耗及装置的体积,具有积极的意义。

四步法对比剂注射技术在颈部增强CT检查中的应用研究

目的探讨四步法对比剂注射技术在颈部增强CT检查中的可行性。方法回顾性分析性别、年龄匹配的四步对比剂注射技术(实验组)和常规对比剂注射技术(对照组)的颈部增强CT患者各50例,均右肘静脉注射对比剂并应用相同的扫描参数及重建技术,应用客观和主观评价方法评估并对比分析颈部各血管和非血管结构图像质量。结果在颈部大血管(双侧颈内动脉、颈总动脉、颈内静脉、锁骨下动脉、锁骨下静脉)的主观评价中,实验组各血管充盈均匀度均明显优于对照组;除双侧锁骨下动脉,实验组颈部其余各血管边缘显示均优于对照组;实验组右侧锁骨下静脉周围硬化伪影明显减少,其余各血管周围硬化伪影两组间无显著性差异。在颈部非血管结构(咽喉部、腺体、肌肉、颈部间隙)的主观评价中,两组之间图像质量无显著性差异。在客观评价中,两组间颈部各非血管结构和血管结构的CNR值均无显著性差异。结论四步对比剂注射技术的颈部增强CT可以明显提升对血管结构的显示,具有临床应用可行性。