盡管硅(Si)功率器件的技術(shù)已經(jīng)成熟,但是固有的材料極限使它們在高壓、高頻、高溫和高功率應(yīng)用中的性能受到了限制。因此諸如碳化硅(SiC)等寬帶隙功率半導(dǎo)體器件開始變得更具吸引力,并且有可能在不久的將來在某些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)取代硅器件。與硅相比,碳化硅材料具有許多優(yōu)異的性能,如更高的臨界電場,相對高的電子遷移率和更高的導(dǎo)熱率,理論上碳化硅MOSFET有可能在很高的溫度(300℃)下工作。隨著電力電子器件在惡劣環(huán)境中面臨更廣泛的應(yīng)用,碳化硅MOSFET在高溫環(huán)境下的運行能力也越來越受到關(guān)注。本文依托國家科技部的國家重點研發(fā)計劃項目“高壓大功率SiC材料、器件及其在電力電子變壓器中的應(yīng)用示范”,對碳化硅MOSFET靜動態(tài)特征的參數(shù)溫控特性進(jìn)行了研究。本文將理論研究與實驗驗證相結(jié)合,詳細(xì)的分析了室溫到200℃高溫下碳化硅MOSFET靜態(tài)和動態(tài)特性的溫控特性。然后設(shè)計了碳化硅MOSFET高溫柵偏實驗,研究了長時間高溫柵偏后器件靜態(tài)特性參數(shù)的穩(wěn)定性,并對器件柵極氧化層的可靠性進(jìn)行評估。研究結(jié)果表明,雖然碳化硅MOSFET具有十分敏感的溫度特性,但是在200℃的高溫下依舊具有良好的電氣性能,并且與硅器件相比具有極低的漏電流和良好的阻斷能力以及更低導(dǎo)通電阻。碳化硅MOSFET的總開關(guān)損耗對溫度并不敏感。此外,長時間的高溫柵偏之后,除閾值電壓正向漂移外,其他靜態(tài)特性參數(shù)都具有十分優(yōu)異的穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN386
【部分圖文】：

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文??這為系統(tǒng)的體積容量、效率甚至工作溫度都帶來了很多有利之處。目前，在所??有寬禁帶半導(dǎo)體材料中，碳化硅和氮化鎵是最有前景的１４１。圖１－１比較了硅、??碳化硅、氮化鎵的幾種材料屬性ｍ。碳化硅和氮化鎵（？３ｅＶ）的禁帶寬度幾乎??是硅（？ｌｅＶ）的三倍之多。碳化硅和氮化鎵的擊穿電場強度幅值上比硅材料高??一個數(shù)量級。高阻斷電場強度可以使得寬禁帶功率器件的設(shè)計更薄，電壓阻斷??層的摻雜更高。對于單極性功率器件，這可以產(chǎn)生一個更低的通態(tài)壓降導(dǎo)通損??耗。對于雙極型功率器件，這可以使得開關(guān)時間更短，開關(guān)損耗更低。碳化硅??的高熱導(dǎo)和大禁帶寬度使得碳化硅器件的工作溫度很容易達(dá)到２０（ＴＣ以上，所??有這些特性都使得寬禁帶半導(dǎo)體器件很有可能取代硅器件。??禁帶寬度??（ｅＶ）??４外＼??熱導(dǎo)率擊穿電場??（Ｗ／ｃｍ－ｋ）＼＼?ｖ；?／?／?（ｌ〇Ａ６Ｖ／ｃｍ）??＼＼???－－－＼／?／?／?－Ａ－ＧａＮ??＼?＼／＾?ｊ??飽和漂移二?——電子遷移￥??（１０Ａ７ｃｍ／ｓ）?（１０Ａ３ｃｍ２／Ｖ＊ｓ）??圖ｉ－ｉ材料屬性??在過去幾年中，碳化硅和氮化鎵材料品質(zhì)的明顯改善，使得碳化硅和氮化??鎵功率器件己經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，特別是碳化硅肖特基二極管，碳化硅ＭＯＳＦＥＴ??和碳化硅ＪＦＥＴ己經(jīng)投入市場。自從２００１年英飛凌推出首款商用碳化硅肖特基??二極管以來，碳化硅技術(shù)的發(fā)展和市場增長勢頭強勁。其中圖１－２總結(jié)了一些??碳化硅關(guān)鍵的發(fā)展里程碑［６１。到目前為止

華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文??２－２（ｂ）所示。由式（２－４）和式（２－５）可以看出本征載流子濃度與溫度的倒數(shù)??呈正比，因此圖２－ｌ（ａ）的橫軸采用溫度的倒數(shù)，但是為了使本征載流子濃度與??溫度更容易聯(lián)系起來，所以增加圖２－２（ｂ）。??ｆ同＿??：?Ｘ：?：：：：、：??：＾?；?ｉ?：?：?：?：?：?：?：?！?：?ｉ??ｊｑ－ｉ｜?ｒ?．?１?．?＞?．?＞?．?■?．?ｉ?．?ｉ?．?Ｉ?．?Ｉ?｜Ｑ－ｉｉ?ｆ?．?ｉ?．?＞?．?ｉ?．?ｔ?．Ｎ?ｉ?．??３００?３５０?４００?４５０?５００?５５０?６００?６５０?７００?１．０?１．５?２．０?２．５?３．０?３．５?４．０??溫度／Ｋ?１００／溫度／（１／Ｋ）??（ａ）本征載流子濃度與溫度的關(guān)系?（ｂ）本征載流子濃度與溫度倒數(shù)的關(guān)系??圖２－１本征載流子濃度??２．１．１．２雜質(zhì)罔化率??在碳化硅材料中，每個碳原子或者硅原子最外層都有四個電子，當(dāng)最外層??都有五個電子氮原子或磷原子替換了原來的碳原子或者硅原子時，其中四對電??子形成穩(wěn)定的電子對并多余出－個電子形成Ｎ型半導(dǎo)體，當(dāng)最外層都有個電子??鋁原子或硼原子替換了原來的碳原子或者硅原子時，其中四對電子形成穩(wěn)定的??電子對并多余出一個空穴形成Ｐ型半導(dǎo)體。??１．０，?；?－ＴＴ：?????一．．．．．．——Ｉ０，５ｃｍ．．＇?１．０．?ｙ???．?????／?／?—?—?ＩＯＫ＞ｃｍ＇？?ｆ?ｆ?ｚ．?－?．??〇?８?．?

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本文編號：2893300