集成肖特基二极管的分裂栅碳化硅(SiC)MOSFET器件

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作者 马超 陈伟中 张波 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第9期3346-3352,共7页

该文提出一种集成肖特基二极管结构的新型分裂栅碳化硅MOSFET器件,有效改善传统DT-MOS器件的反向恢复与开关特性。该新型结构首先采用元胞内集成肖特基二极管技术替代传统DT-MOS的右侧沟道,其次采用分裂栅极集成技术代替传统槽栅设计,... 该文提出一种集成肖特基二极管结构的新型分裂栅碳化硅MOSFET器件,有效改善传统DT-MOS器件的反向恢复与开关特性。该新型结构首先采用元胞内集成肖特基二极管技术替代传统DT-MOS的右侧沟道,其次采用分裂栅极集成技术代替传统槽栅设计,将栅极分成了栅极G和源极S两个部分,中间由二氧化硅进行介质隔离。其作用包括:集成肖特基二极管抑制体二极管导通并消除双极退化效应;集成分裂栅与源极短接,减小栅漏耦合面积来降低反馈电容与栅电荷,且在接入高电位时形成电子积累层以提高电子密度。其结果显示:反向导通状态下,电流将从肖特基二极管流出,连接源极的分裂栅极将提升电子浓度从而提高电流密度;动态开关状态下,分裂栅结构通过屏蔽设计减小了栅极与漏极的耦合面积,有效降低了米勒平台电荷QGD并改善了开关性能。 展开更多

关键词 肖特基二极管 碳化硅mosfet双极退化效应 分裂栅极

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碳化硅功率器件技术综述与展望 被引量：123

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作者 盛况 任娜 徐弘毅 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期1741-1752,共12页

碳化硅(silicon carbide,Si C)器件作为一种宽禁带半导体器件,具有耐高压、高温,导通电阻低等优点。近20年来,Si C器件是国内外学术界和企业界的一大研究热点,该文对近些年来不同Si C器件的发展进行分类梳理,介绍二极管、结型场效应晶... 碳化硅(silicon carbide,Si C)器件作为一种宽禁带半导体器件,具有耐高压、高温,导通电阻低等优点。近20年来,Si C器件是国内外学术界和企业界的一大研究热点,该文对近些年来不同Si C器件的发展进行分类梳理,介绍二极管、结型场效应晶体管、金氧半场效晶体管、绝缘栅双极型晶体管及门极可断晶闸管器件,并对比分析器件结构及参数性能,针对关键问题展开论述。最后,对SiC器件近年的发展进行总结和展望。 展开更多

关键词 碳化硅 功率器件 二极管 结型场效应晶体管 金氧半场效晶体管 绝缘栅双极型晶体管 门极可断晶闸管

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场效应晶体管短路失效的数值模型 被引量：1

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作者 周郁明 蒋保国 +1 位作者 陈兆权 王兵 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期66-73,共8页

为了分析碳化硅和硅两种材料的场效应晶体管的短路失效机理,利用半导体器件模拟软件建立了能够反映碳化硅场效应晶体管和硅场效应晶体管短路失效的数值模型。模型引入了自热效应模拟高电应力下晶体管内部温度变化及热传递过程,引入了福... 为了分析碳化硅和硅两种材料的场效应晶体管的短路失效机理,利用半导体器件模拟软件建立了能够反映碳化硅场效应晶体管和硅场效应晶体管短路失效的数值模型。模型引入了自热效应模拟高电应力下晶体管内部温度变化及热传递过程,引入了福勒-诺德海姆(Fowler-Nordheim)隧穿和蒲尔-弗朗克(Poole-Frenkel)发射模拟氧化层的泄漏电流;短路实验结果验证了所建立的数值模型的准确性。通过对比两种晶体管数值模型在相同的短路条件下栅极驱动电压的变化、晶体管内电流线和温度的分布,结果表明,碳化硅场效应晶体管的短路失效主要是晶体管内的温度传递到表面引起金属电极的熔化以及栅极氧化层的严重退化,而硅场效应晶体管的短路失效是由于寄生双极型晶体管的导通导致其体内泄漏电流不可控而引起的灾难性的破坏。 展开更多

关键词 碳化硅 场效应晶体管 短路失效 寄生双极型晶体管 退化

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功率LIGBT热载流子退化机理及环境温度影响

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作者 张艺 张春伟 +2 位作者 刘斯扬 周雷雷 孙伟锋 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期255-259,共5页

研究了横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT)的热载流子退化机理及环境温度对其热载流子退化的影响.结果表明,器件的主导退化机制是鸟嘴处大量界面态的产生,从而导致饱和区阳极电流Iasat和线性区阳极电流Ialin存在较大的退化的主要原因,同时,... 研究了横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT)的热载流子退化机理及环境温度对其热载流子退化的影响.结果表明,器件的主导退化机制是鸟嘴处大量界面态的产生,从而导致饱和区阳极电流Iasat和线性区阳极电流Ialin存在较大的退化的主要原因,同时,由于Ialin的分布比Iasat的分布更靠近器件表面,故Ialin的退化比Iasat的退化更严重;而器件沟道区的碰撞电离和热载流子损伤很小,使得阈值电压Vth在应力前后没有明显的退化.在此基础上,进一步研究了环境温度对LIGBT器件的热载流子退化的影响.结果表明,LIGBT呈现正温度系数,且高温下LIGBT的阈值电压会降低,使得相同应力下其电流增大,导致器件碰撞电离的增大,增强了器件的热载流子损伤. 展开更多

关键词 横向绝缘栅双极型晶体管 环境温度 热载流子效应 退化

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一种新型可调驱动电压的SiC/Si混合开关驱动电路 被引量：1

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作者 付永升 任海鹏 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期2774-2785,I0021,共13页

为提高碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅基绝缘栅极双极晶体管(silicon insulated gate bipolar transistor,Si-IGBT)并联混合开关(SiC/Si hybr... 为提高碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅基绝缘栅极双极晶体管(silicon insulated gate bipolar transistor,Si-IGBT)并联混合开关(SiC/Si hybrid switch,SiC/Si HyS)的可靠性与适用性,该文提出一种可变驱动电压的SiC/Si HyS栅极驱动电路结构,采用一路脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制信号和一个驱动芯片产生不同电压幅值的栅极控制信号,分别控制SiC/Si HyS中的SiC-MOSFET和Si-IGBT。相比于传统采用2个独立驱动电路的SiC/Si HyS驱动结构,该驱动电路大幅度降低SiC/Si HyS栅极驱动电路的复杂度,降低SiC-MOSFET关断过程中Si-IGBT误导通的可能性,提升混合开关的工作可靠性。该文首先分析所设计驱动电路工作原理,给出驱动电压调节方法;其次,建立耦合电容端电压纹波和系统启动时电容端电压暂态数学模型,通过仿真和实验验证模型准确性;搭建2 kW的SiC/Si混合开关Buck电路,验证该文所提混合开关驱动电路可行性,从SiC/Si HyS功率器件关断损耗、驱动电路功率损耗、成本以及体积4个方面分析所提驱动结构的优势。 展开更多

关键词 宽禁带半导体器件 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管 硅基绝缘栅极双极晶体管 混合开关 门极驱动电路 耦合电容

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SiC新一代电力电子器件的进展 被引量：27

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作者 赵正平 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期81-88,共8页

以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料的突破给发展新一代电力电子带来希望。SiC材料具有比Si材料更高的击穿场强、更高的载流子饱和速度和更高的热导率,使SiC电力电子器件比Si的同类器件具有关断电压高、导通电阻小、开关频率高、效率... 以SiC和GaN为代表的宽禁带半导体材料的突破给发展新一代电力电子带来希望。SiC材料具有比Si材料更高的击穿场强、更高的载流子饱和速度和更高的热导率,使SiC电力电子器件比Si的同类器件具有关断电压高、导通电阻小、开关频率高、效率高和高温性能好的特点。SiC电力电子器件将成为兆瓦电子学和绿色能源发展的重要基础之一。综述了SiC新一代电力电子器件的发展历程、现状、关键技术突破和应用研究。所评估的器件包含SiC SBD、SiC pin二极管、SiC JBS二极管、SiC MOFET、SiC IGBT、SiC GTO晶闸管、SiC JFET和SiC BJT。器件的评估重点是外延材料的结构、器件结构优化、器件性能、可靠性和应用特点。最后总结了新世纪以来SiC新一代电力电子器件的技术进步的亮点并展望了其技术未来发展的趋势。 展开更多

关键词 碳化硅 肖特基二极管 PIN二极管 金属氧化物场效应管 绝缘栅双极晶体管 栅关断晶闸管 结型场效应管 双极型晶体管

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新型功率MOS器件的结构与性能特点 被引量：5

7

作者 华伟 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2001年第7期27-30,36,共5页

电力电子器件的结构决定其性能，而器件的性能又决定电路的性能。根据此原理，分析比较了近十年来１０种实用的具有新结构的功率ＭＯＳ器件的结构与性能特点。

关键词 电力电子器件 绝缘栅双极晶体管 功率mosfet 场效应晶体管

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基于SiC和Si器件的燃料电池汽车DC-DC变换器的性能 被引量：3

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作者 周晓敏 马后成 高大威 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 2017年第1期79-86,共8页

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... 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。 展开更多

关键词 燃料电池汽车 直流-直流(DC-DC)变换器 交错式双Boost电路 SiC金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet) Si绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 电路损耗

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SiC电力电子学产业化技术的创新发展(续) 被引量：3

9

作者 赵正平 《半导体技术》 CAS 北大核心 2022年第4期249-265,287,共18页

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... 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。 展开更多

关键词 SIC单晶 SiC二极管 SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(mosfet) SiC绝缘栅双极晶体管(IGBT) SiC门极关断晶闸管(GTO) SiC功率模块

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SiC电力电子学产业化技术的创新发展 被引量：3

10

作者 赵正平 《半导体技术》 CAS 北大核心 2022年第3期161-178,共18页

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... 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。 展开更多

关键词 SIC单晶 SiC二极管 SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(mosfet) SiC绝缘栅双极晶体管(IGBT) SiC门极关断晶闸管(GTO) SiC功率模块

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编者按

11

《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2015年第9期1-16,28,共17页

20世纪80年代开始,半导体功率器件获得了突飞猛进的发展,继双极晶体管BJT（亦称GTR）刷新了之前的晶闸管SCR之后,金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT等快速功率开关器件又相继登场,而后又出现了具有强功率输... 20世纪80年代开始,半导体功率器件获得了突飞猛进的发展,继双极晶体管BJT（亦称GTR）刷新了之前的晶闸管SCR之后,金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT等快速功率开关器件又相继登场,而后又出现了具有强功率输出能力的门极可关断晶闸管GTO、集成门极换相晶闸管IGCT乃至静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH。半导体功率器件的快速发展推动了电力电子变换技术及其产业应用领域的迅速壮大,如今,生产、生活、医疗卫生、交通运输、 展开更多

关键词 金属氧化物半导体场效应晶体管 门极可关断晶闸管 半导体功率器件 绝缘栅双极型晶体管 静电感应晶体管 静电感应晶闸管 编者 mosfet

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