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高压大功率SiC MOSFETs短路保护方法
2024年
碳化硅(SiC)MOSFETs短路承受能力弱,研究其短路保护方法成为保障电力电子设备安全运行的重要课题。现有方法大多围绕低压小功率SiC MOSFETs,然而随着电压和功率等级的提升,器件特性有所差异,直接套用以往设计难以实现高压大功率SiC MOSFETs的快速、可靠保护。该文首先详细研究了几种常用短路检测方法;其次基于高压大功率SiC MOSFETs器件特性,深入对比分析了不同短路检测方法的适用性,提出一种阻容式漏源极电压检测和栅极电荷检测相结合的短路保护方法;最后搭建了实验平台验证所提方法的可行性。结果表明,提出的方法在硬开关短路故障(hard switching fault,HSF)下,保护响应时间缩短了1.4μs,短路能量降低了62.5%;且能可靠识别负载短路故障(fault under load,FUL)。
汪涛黄樟坚虞晓阳张茂强骆仁松李响
关键词:高压大功率短路保护栅极电荷
低压Si MOSFETs对SiC/Si级联器件短路特性的影响
2024年
由低压硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Silicon Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, Si MOSFET)和碳化硅结型场效应晶体管(Silicon Carbon Junction Field-Effect Transistor, SiC JFET)构成的SiC/Si级联(Cascode)器件,兼具了低压Si MOSFET易于驱动、SiC JFET高耐压低损耗等优点。该文采用实验和数值模拟的方式研究了低压Si MOSFET对SiC/Si级联器件短路特性的影响,结果表明,在短路过程中SiC/Si级联器件中的SiC JFET最高温度比单独的SiC JFET短路时的最高温度低,SiC/Si级联器件的短路失效时间得到了延长,并且随着Si MOSFET额定电压的增加,SiC/Si级联器件短路失效延长的时间也在增加。
周郁明楚金坤周伽慧
关键词:泄漏电流
级联MOSFET均压测试方法研究
2024年
文章分析了传统均压测试方法中,隔离高压探头寄生参数对级联MOSFET均压效果的影响。通过改变同一高边MOSFET的DS电压测试探头数量,分析了测试方法引入寄生参数的变化对瞬态均压的干扰程度。基于此提出了一种减法均压测试方法,并对所提出的减法均压测试方法的优化进行了分析与实验验证。实验结果表明该测试方式能精确评估级联MOSFET在稳态以及开通、关断瞬态的均压效果,且不受测试线缆寄生参数的影响。
付明王子才张华张东来
关键词:高压开关寄生参数
功率MOSFET抗单粒子加固技术研究
2024年
针对功率MOSFET的单粒子效应(SEE)开展了工艺加固技术研究,在单粒子烧毁(SEB)加固方面采用优化的体区掺杂工艺,有效降低了寄生双极晶体管(BJT)增益,抑制了单粒子辐照下的电流正反馈机制。在单粒子栅穿(SEGR)加固方面,通过形成缓变掺杂的外延缓冲层来降低纵向电场梯度,减弱了非平衡载流子在栅敏感区的累积,并开发了台阶栅介质结构提升栅敏感区的临界场强。实验结果表明,经过加固的功率MOSFET在满额漏源工作电压和15 V栅源负偏电压的偏置条件下,单粒子烧毁和栅穿LET值大于75 MeV·cm^(2)/mg。在相同辐照条件下,加固器件的栅源负偏电压达到15~17 V,较加固前的7~10 V有显著提升。
陈宝忠宋坤王英民刘存生刘存生赵辉王小荷杨丽侠邢鸿雁王晨杰
关键词:功率MOSFET单粒子效应抗辐射加固单粒子烧毁
Online Monitoring Method for Junction Temperature of SiC MOSFETs based on Temperature Sensitive Electrical Parameter
2024年
Compared to Si devices,the junction temperature of SiC devices is more critical due to the reliability concern introduced by immature packaging technology applied to new material.This paper proposes a practical SiC MOSFET junction temperature monitoring method based on the on-state voltage$\\boldsymbol{V}_{\\mathbf{ds}(\\mathbf{on})}$measurement.In Section II of the paper,the temperature sensitivity of the on-state voltage$\\boldsymbol{V}_{\\mathbf{ds}(\\mathbf{on})}$is characterized.The hardware of the measurement system is set up in Section III,which consists of an On-state Voltage Measurement Circuit(OVMC),the sampling and isolation circuit.Next,a calibration method based on the self-heating of the SiC MOSFET chip is presented in Section IV.In the final Section,the junction temperature is monitored synchronously according to the calibration results.The proposed method is applied to a Buck converter and verified by both an Infrared Radiation(IR)camera and a Finite Element Analysis(FEA)tool.
Han CaoPuqi NingYunhao HuangXuhui Wen
Physical insights into trapping effects on vertical GaN-on-Si trench MOSFETs from TCAD
2024年
Vertical GaN power MOSFET is a novel technology that offers great potential for power switching applications.Being still in an early development phase,vertical GaN devices are yet to be fully optimized and require careful studies to foster their development.In this work,we report on the physical insights into device performance improvements obtained during the development of vertical GaN-on-Si trench MOSFETs(TMOS’s)provided by TCAD simulations,enhancing the dependability of the adopted process optimization approaches.Specifically,two different TMOS devices are compared in terms of transfer-curve hysteresis(H)and subthreshold slope(SS),showing a≈75%H reduction along with a≈30%SS decrease.Simulations allow attributing the achieved improvements to a decrease in the border and interface traps,respectively.A sensitivity analysis is also carried out,allowing to quantify the additional trap density reduction required to minimize both figures of merit.
NicolòZagniManuel FregolentAndrea Del FiolDavide FaveroFrancesco BergaminGiovanni VerzellesiCarlo De SantiGaudenzio MeneghessoEnrico ZanoniChristian HuberMatteo MeneghiniPaolo Pavan
关键词:HYSTERESISBTI
一种基于MOSFETs弱反型区噪声的栅氧化层陷阱表征方法
本发明涉及一种MOSFETs弱反型区噪声的栅氧化层陷阱表征方法,包括:步骤1:对待测MOSFETs器件的转移特性和不同栅压下的漏极电流噪声功率谱进行测量;步骤2:获取待测MOSFETs器件的弱反型区的漏极电流的范围;步骤...
陈华李金龙张彦军王佳硕李仲阳马琪辉何亮
SiC MOSFET的质子单粒子效应
2024年
SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在深空探测领域具有广阔的应用前景,但空间质子引发的单粒子效应(SEE)对航天器稳定运行造成了严重威胁。对平面栅结构与非对称沟槽栅结构的SiC MOSFET进行了能量为70、100与200 MeV的质子辐照实验。实验结果表明,两种SiC MOSFET的单粒子烧毁(SEB)阈值电压均大于额定漏源电压的75%;SEB阈值电压随质子能量升高而降低。对两种器件进行辐照后栅应力测试发现,两种结构的器件由于沟道不同而对栅应力的响应存在差异;不同的质子能量会在栅极引入不同程度的辐射损伤,低能质子更容易在栅氧化层发生碰撞而引入氧化物潜在损伤。该研究可为揭示SiC MOSFET质子SEE机理和评估抗辐射能力提供参考。
史慧琳郭刚张峥李府唐刘翠翠张艳文殷倩
基于有源箝位技术的SiC MOSFET串联均压有源驱动电路研究
2024年
功率器件串联技术是实现高压应用的有效途径之一,而串联应用的主要制约因素是串联器件之间的动态均压问题。该文针对不均压条件下串联器件的关断行为进行了理论分析,探究不均压的产生机理,提出一种基于有源箝位技术的碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管串联均压有源驱动,其利用有源箝位电路检测串联器件之间的电压不均衡,并箝位电压尖峰,通过反馈控制器件栅极电荷及开关瞬态行为实现均压。该方案不存在不均压的调节周期,即使在交变负载下依然能在每一个开关周期的关断时间内实现均压控制。此外,该文还详细介绍所提出方案的电路原理和参数设计过程,并通过试验验证该方案均压控制效果的有效性。结果表明,所提出方案具有有源箝位电路拓展性强的特点;是独立于原有栅极驱动电路的辅助电路,适用性强;且控制电路结构简单,无需可编程逻辑芯片和额外的信号隔离。
项鹏飞郝瑞祥王启丞游小杰徐云飞袁帆
关键词:有源箝位均压控制
碳化硅MOSFET并联电流分配不均衡影响因素与抑制方法综述
2024年
碳化硅MOSFET凭借其高压、高温和高频等优异性能逐渐在工业中得到应用,然而碳化硅MOSFET并联电流分配不均衡问题限制了其性能发挥,并增加失效风险。为了充分发挥碳化硅MOSFET的性能优势,本文首先从芯片参数、功率回路参数和驱动回路参数3个方面阐述并联电流分配不均衡影响因素,然后综述了近年来国内外抑制并联不均衡电流的研究成果,对电流不均衡抑制方法从电流均衡种类、扩展难度、集成难度和经济成本四个维度进行了综合比较分析。最后,根据现有研究不足与面临挑战,本文对碳化硅MOSFET并联电流分配不均衡抑制方法进行展望。
赵志斌乔建申孙鹏蔡雨萌赵斌魏宏
关键词:影响因素抑制方法

相关作者

罗军
作品数:465被引量:33H指数:3
供职机构:中国科学院微电子研究所
研究主题:半导体器件 沟道 金属硅化物 衬底 半导体
赵超
作品数:565被引量:35H指数:4
供职机构:清华大学
研究主题:半导体器件 衬底 栅极 沟道 金属硅化物
李俊峰
作品数:514被引量:7H指数:2
供职机构:中国科学院微电子研究所
研究主题:半导体器件 刻蚀 衬底 沟道 栅极
钟汇才
作品数:380被引量:40H指数:4
供职机构:中国科学院微电子研究所
研究主题:半导体器件 介质层 栅极 衬底 侧墙
何进
作品数:86被引量:62H指数:5
供职机构:北京大学深圳研究生院
研究主题:场效应晶体管 纳米线 栅氧化层 击穿电压 隧穿