碳化硅MOSFET器件建模及一體化驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究.pdf

1、碳化硅（Silicon Carbide,SiC）因其具有寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率和高載流子飽和速率等優(yōu)點(diǎn)，已成為第三代功率半導(dǎo)體材料的典型代表，特別是SiC功率MOSFET以其高頻、耐高溫、低導(dǎo)通電阻等優(yōu)點(diǎn)成為研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的器件模型主要是基于Spice搭建，難以應(yīng)用于系統(tǒng)級(jí)仿真，且由于材料的存在差異，導(dǎo)致Si基功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路難以發(fā)揮出SiC功率器件的優(yōu)勢(shì)，因此建立基于系統(tǒng)仿真軟件Simulink的SiC功率MOSFET

2、精確模型、設(shè)計(jì)滿足SiC功率MOSFET驅(qū)動(dòng)特性要求的高速隔離驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)SiC器件的廣泛應(yīng)用具有重要意義。
　　本文首先介紹了N溝道增強(qiáng)型VDMOSFET的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，在此基礎(chǔ)上利用基于Agilent B1505A功率半導(dǎo)體分析儀的高溫測(cè)試平臺(tái)，對(duì)ST公司的SiC功率MOSFET SCT20N120靜態(tài)特性進(jìn)行測(cè)試。為了滿足建立全工作區(qū)精確的器件模型需求，本文設(shè)計(jì)了補(bǔ)充測(cè)試系統(tǒng)，搭建了測(cè)試平臺(tái)，對(duì)SCT20N120的輸出

3、特性和轉(zhuǎn)移特性進(jìn)行了補(bǔ)充測(cè)試，為器件建模提供了全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，該方法對(duì)其它功率半導(dǎo)體器件相關(guān)參數(shù)提取具有重要指導(dǎo)作用與借鑒意義。
　　其次，通過(guò)理論分析建立了一種基于傳統(tǒng)Si基橫向雙注入MOSFET靜態(tài)特性的SiC功率MOSFET半物理靜態(tài)模型，詳細(xì)闡述了MOS核心單元、漏極電流Id補(bǔ)償和閾值電壓Vth補(bǔ)償建模過(guò)程，給出了基于測(cè)試數(shù)據(jù)的模型參數(shù)提取方法，建立了完整的SiC功率MOSFET靜態(tài)模型。在分析了簡(jiǎn)化的MOSFET柵

4、極等效電路和SiC功率MOSFET開(kāi)關(guān)過(guò)程的基礎(chǔ)上，建立了SiC功率MOSFET動(dòng)態(tài)解析模型，對(duì)所建立的模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，分析其精確度。
　　再次，在對(duì)比相同容量的SiC功率MOSFET和傳統(tǒng)Si基功率MOSFET相關(guān)參數(shù)基礎(chǔ)上，給出了SiC功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)要求。分析了等效驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)比分析了不同的隔離方法和功率放大電路，設(shè)計(jì)了光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路和脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路，詳細(xì)介紹了驅(qū)動(dòng)電路工作原理和關(guān)鍵器件選型，并采用雙