發(fā)布時(shí)間：2020-05-30 21:30

【摘要】：隨著功率半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展,新型材料氮化鎵和碳化硅在功率半導(dǎo)體器件的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟,在最近幾年的發(fā)展尤其迅速,一些以氮化鎵為基材的二極管、MOSFET以及混合型的IGBT已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。氮化鎵材料其自身特性是具有更寬的禁帶寬度,更高的臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度,和更高的飽和電子漂移速度等。相對(duì)于傳統(tǒng)硅基材的半導(dǎo)體材料,氮化鎵HEMT器件具有更低的導(dǎo)通電阻和更高的開關(guān)頻率特性,可以運(yùn)行在幾百千赫茲甚至幾兆赫茲的開關(guān)頻率上。在工業(yè)變頻器上使用新型半導(dǎo)體材料,其開關(guān)損耗更低,使得整機(jī)載波頻率提升,這對(duì)于一些運(yùn)動(dòng)控制時(shí)需要更快的響應(yīng)速度成為可能;另外一方面由于功耗下降,功率器件對(duì)于散熱系統(tǒng)的要求降低,產(chǎn)品整機(jī)成本可以得到優(yōu)化。本論文以氮化鎵HEMT為功率開關(guān)器件來(lái)設(shè)計(jì)一款工業(yè)變頻器,通過(guò)與傳統(tǒng)硅基材的功率開關(guān)器件為核心的變頻器作對(duì)比,著重關(guān)注器件在功率變換時(shí)的效率;另外一方面因?yàn)殚_關(guān)器件會(huì)產(chǎn)生較高的dv/dt,這會(huì)使得電機(jī)內(nèi)部線圈的絕緣系統(tǒng)由于承受較高的振蕩電壓而被破壞,因此輸出正弦波濾波器對(duì)于變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)是必要的,尤其對(duì)于輸出電纜較長(zhǎng)時(shí)線路寄生電容較大時(shí)影響更加明顯,本論文也會(huì)對(duì)與不同頻率響應(yīng)的輸出濾波器在整個(gè)變頻器內(nèi)部的影響作出對(duì)比;另外對(duì)于電磁兼容特性和整機(jī)成本也作出相應(yīng)的對(duì)比,通過(guò)試驗(yàn)或者仿真的方法驗(yàn)證新型材料對(duì)于工業(yè)變頻器上的積極意義。
【圖文】：

6圖 2.2 有氮化鎵相關(guān)業(yè)務(wù)的公司 前市場(chǎng)上已有的功率器件產(chǎn)品分布情況如圖 2.3 所示，主要集中在 650V 和 60由圖中可以看出主要集中在低壓 200V 以內(nèi)和高壓 600V 至 650V 上，這主要由決定，低壓部分的器件主要用在低壓電源的功率變換上，而高壓主要應(yīng)用與一0V 交流輸入的應(yīng)用場(chǎng)合，如適配器，充電器等。

圖 2.3 市場(chǎng)上現(xiàn)有氮化鎵功率器件的分布.3 耗盡型氮化鎵 HEMT市場(chǎng)上眾多的公司中，美國(guó) Transphorm 公司是氮化鎵功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)的國(guó)際廠家。其背后有由富士通、谷歌風(fēng)投、索羅斯基金管理公司以及量子戰(zhàn)略合作資助。該公司從 1994 開始，為市場(chǎng)提供出包括氮化鎵材料和器件、制造、測(cè)等。ansphorm 公司的氮化鎵 HEMT 器件提供了獨(dú)特的產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)。與普通的 的電流垂直流向不同，，氮化鎵 HEMT 的電流是橫向的，其背部需要襯底，目前 厚膜生長(zhǎng)的異質(zhì)襯底材料大致可以分為半導(dǎo)體和氧化物材料 , 主要有碳化硅藍(lán)寶石(Al2O3)、鋁酸鋰 (LiAlO2)、砷化鎵(GaAs)、硅(Si)等 。T 選擇在硅襯底上面生長(zhǎng)出氮化鎵。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM921.51;TQ133.51

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本文編號(hào)：2688750