基于SiC和Si器件的燃料电池汽车DC-DC变换器的性能

为实现燃料电池汽车输出电压、功率的调节与控制,采用了一种交错式双Boost电路的大功率直流-直流(DC-DC)变换器,其中应用了Si和SiC功率器件。基于电路损耗计算和效率仿真手段,对比分析了全SiC[金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件、SiC二极管]、SiC MOSFET和Si二极管的混合器件和全硅Si[绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件、Si二极管]的变换器在电路损耗。结果表明:Si IGBT的开通和关断损耗约是SiC MOSFET的3倍和10倍,在不同工况下,全SiC变换器的转换效率比全Si变换器高1%~3.1%。因而,SiC功率器件在大功率DC-DC变换器的应用中,能够提高功率密度、可靠性和动力系统工作效率。

考虑异质器件混用与输出电平倍增的混合型MMC及其调控方法

首先,为提高模块化多电平换流器(MMC)输出波形质量、降低装置运行损耗,提出一种基于Si和SiC器件组合应用的混合型模块化多电平变换器(HMMC)拓扑结构。该拓扑每个桥臂包含N个Si绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件的半桥子模块,每相交流侧串联一个直流侧电压为半桥子模块一半的SiC金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)全桥子模块,整体经济性较好。其次,提出一种面向输出电平数倍增的HMMC高、低频混合调制策略,并充分发挥SiC MOSFET开关损耗低的优势,在减小HMMC输出谐波的同时降低整体运行损耗。此外,分析混合调制策略下HMMC异质子模块直流侧能量的波动规律,提出一种高、低频模块直流侧电压稳定控制策略。最后,仿真和实验验证了所提HMMC拓扑结构和调制策略的可行性,并将所提HMMC、基于单一器件MMC和现有HMMC在损耗和成本方面进行综合对比,证明了该方案在降低损耗和减小成本方面优势显著。

基于离子注入与快速热退火的GeSn合金生长技术

针对源漏诱生应变Ge沟道p-MOSFET的发展趋势,开发了一种基于离子注入与快速热退火的GeSn合金生长新技术,并进行了二次离子质谱、X射线衍射、透射电子显微镜和方块电阻等测试。结果表明,采用快速热退火,可将单晶Ge衬底中的Sn原子激发至替位式位置,形成GeSn合金。当退火温度为400℃时,Sn原子激活率为100%,其峰值浓度固定为1×1021 cm-3,与Sn的初始注入剂量无关。该技术与现有CMOS工艺兼容,附加成本低,适用于单轴压应变Ge沟道MOSFET的大规模生产。

注F短沟MOSFET的抗热载流子损伤特性

研究了用注 F工艺制作的短沟 MOSFET的热载流子效应。实验结果表明 ,在栅介质中注入适量的 F能够明显地减小由热载流子注入引起的阈电压漂移、跨导退化和输出特性的变化。分析讨论了

氮退火对SiC MOSFET静态电参数的影响

为了研究栅氧化后退火工艺条件对金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)静态电参数的影响并分析实验数据,对栅氧化层采用不同温度、时间和气体进行氮退火,制备了n沟道4H-SiC双注入MOSFET(DIMOSFET)。对制备的DIMOSFET在结温25℃和175℃下进行了阈值电压和漏源电流的测试,并结合仿真探讨了SiC/SiO_(2)界面陷阱分布对25℃和175℃结温下阈值电压的影响以及沟道迁移率和库仑散射温度指数对漏源电流的影响。实验和仿真结果表明,随着NO退火温度的降低,漏源电流的温度系数由负转正,且沟道迁移率中库仑散射温度指数增加;高温N_(2)退火对静态电参数没有影响;界面空穴陷阱能级宽度对阈值电压的高温漂移量起主要作用;漏源电流随沟道迁移率的增加呈非线性增长。

SiC电力电子学产业化技术的创新发展

进入21世纪后,宽禁带半导体SiC电力电子学发展迅速,SiC二极管和SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)先后进入商品化,在电动汽车等绿色能源的应用发展的带动下,SiC电力电子学进入产业化快速发展阶段。介绍了SiC电力电子学在大尺寸SiC单晶,低成本SiC功率器件制造,SiC二极管、SiC MOSFET、SiC绝缘栅双极晶体管(IGBT)和SiC门极关断晶闸管(GTO)等功率器件,SiC封装和模块,以及高开关频率SiC器件的应用创新等产业化技术方面的最新进展。其中包含了大尺寸SiC单晶生长技术,基于商用Si CMOS生产线的SiC功率器件制备新工艺,SiC二极管的新结构与新工艺,SiC MOSFET的超级结结构、FinFET结构、高k介质栅与可靠性技术,SiC IGBT和SiC GTO的n沟道新器件及载流子寿命增强新工艺,SiC功率模块的设计与新装联工艺,SiC功率器件应用的新拓扑结构,栅极驱动电路与抑制寄生效应的新技术等。分析和评价了SiC电力电子学产业化的发展态势。

SiC电力电子学产业化技术的创新发展(续)

进入21世纪后,宽禁带半导体SiC电力电子学发展迅速,SiC二极管和SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)先后进入商品化,在电动汽车等绿色能源的应用发展的带动下,SiC电力电子学进入产业化快速发展阶段。介绍了SiC电力电子学在大尺寸SiC单晶,低成本SiC功率器件制造,SiC二极管、SiC MOSFET、SiC绝缘栅双极晶体管(IGBT)和SiC门极关断晶闸管(GTO)等功率器件,SiC封装和模块,以及高开关频率SiC器件的应用创新等产业化技术方面的最新进展。其中包含了大尺寸SiC单晶生长技术,基于商用Si CMOS生产线的SiC功率器件制备新工艺,SiC二极管的新结构与新工艺,SiC MOSFET的超级结结构、FinFET结构、高k介质栅与可靠性技术,SiC IGBT和SiC GTO的n沟道新器件及载流子寿命增强新工艺,SiC功率模块的设计与新装联工艺,SiC功率器件应用的新拓扑结构,栅极驱动电路与抑制寄生效应的新技术等。分析和评价了SiC电力电子学产业化的发展态势。

中国功率器件市场MOSFET成亮点

在中国功率器件市场中，电源管理IC仍旧占据市场首要位置，MOSFET（金属－氧化物－半导体场效应晶体管）位于第二位，大功率晶体管位于第三位，此三大产品销售额占整体市场的80％以上。IGBT（绝缘栅双极晶体管）销售额虽然不大，但随着其在工业控制、消费电子领域中应用的不断增多，其市场销售额保持着较快的增长，是中国功率器件市场中的新兴产品。