悬空单层氮化硼声子极化激元的电子激发与性质研究取得新进展
物理所等在电子级二维半导体与柔性电子器件研究中取得进展
中外科学家合作破解钙钛矿稳定性难题
上海光机所在3微米激光晶体研究方面取得新进展
苏州纳米所在功率半导体器件和集成电路研究中取得进展
高粗糙表面的碳纳米纤维膜用于高性能锂硫电池中间层
促进光生电荷分离有效策略及其在Fe2O3光阳极光电化学分解水中的应用
PDI自组装体:从电子结构的调控到光催化应用
金属-有机骨架复合材料及其在能量转换和存储领域应用
用于光催化产氢的多元铜基硫族纳米晶的合理设计
官方微信
友情链接

SiC MOSFET反向续流应用的新结构研究

2020-10-27

宽禁带半导体碳化硅(SiC)材料是第三代半导体的典型代表之一,具有宽带隙、高饱和电子漂移速度、高临界击穿电场、高热导率等突出优点,能满足下一代电力电子装备对功率器件更大功率、更小体积和更恶劣条件下工作的需求,正逐步应用于电动汽车、太阳能发电、列车牵引设备、高压直流输电设备的功率电子系统领域。与传统硅功率器件相比,目前已实用化的SiC功率模块可降功耗50%以上,从而减少甚至取消冷却系统,大幅度降低系统体积和重量,因此SiC功率器件也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源”器件。

功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor, MOSFET)在高速大功率领域中被广泛使用。在传统桥式整流器电路中,SiC MOSFET常常反并联一个肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode, SBD)用于反向续流,从而避免双极退化效应。然而,外部并联的SBD不可避免地增加了封装成本和杂散电感,从而使得器件开关特性退化。因此,在SiC MOSFET体内集成SBD来改善反向导通特性和开关特性备受关注。

电子科技大学张波、罗小蓉教授团队多年来致力于功率半导体器件的研究,近年来集中于探索SiC功率器件新结构的研究。在国家自然科学基金重点项目、国家科技重大专项子课题和国家重点研发计划资助下,课题组成功设计和研制出1200V/10A-1700V/5A功率MOSFET器件,均获得优良的电学特性。最近,罗小蓉教授提出了一种集成肖特基势垒二极管的槽栅SiC MOSFET(S-TMOS),器件结构如图1所示。结构的主要特征在于集成了一个肖特基结用于反向续流,P型保护区和肖特基金属与源极相连。MOSFET正向导通时,肖特基结处于反偏状态,正向电流全部流经沟道;反向续流时,由于肖特基二极管的开启电压小于PN结 (P-Body/N-Drfit 结)二极管,因此集成的肖特基二极管先于体二极管导通,电流流经肖特基结,续流损耗和反向恢复损耗因此大大降低。仿真结果表明,该结构较传统结构相比,反向导通电压和反向恢复电荷分别降低了44%和82%。

在电力电子占据了全球总市场高份额的今天,功耗的降低显得尤为重要。本文给出了SiC功率MOSFET器件在反向续流应用中的一种新结构设计思路,这对于进一步实现器件低功耗设计与应用具有重要意义。

图1. S-TMOS结构图。

4H-SiC trench MOSFET with an integrated Schottky barrier diode and L-shapedP+ shielding region

Xiaorong Luo, Ke Zhang, Xu Song, Jian Fang, Fei Yang, Bo Zhang

J. Semicond. 2020, 41(10): 102801

doi: 10.1088/1674-4926/41/10/102801

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/41/10/102801?pageType=en



关于我们
下载视频观看
联系方式
通信地址

北京市海淀区清华东路甲35号 北京912信箱 (100083)

电话

010-82304210/010-82305052(传真)

E-mail

semi@semi.ac.cn

交通地图
版权所有 中国科学院半导体研究所

备案号:京ICP备05085259号 京公网安备110402500052 中国科学院半导体所声明