碳化硅MOSFET第一类短路特性研究

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作为新型宽禁带半导体功率器件,碳化硅(SiC)MOSFET在短路等极端工况下的可靠性目前还没有得到充分验证。由于SiC MOSFET芯片尺寸较小,电流密度较高,短路耐受时间较短,因而面临的短路挑战更为严峻。且当多个芯片并联使用时,芯片参数或电路寄生参数的不匹配会导致芯片上的电热分布不均衡,严重降低了功率模块的短路能力。因此研究SiC MOSFET器件的短路特性,对于评估器件的短路能力和提高功率模块的短路能力有着重要意义。首先,本文针对SiC MOSFET主要器件参数的分散性进行了测试和分析。采用功率分析仪搭建了器件的静态特性测试平台,测试了同一批次的30个SiC MOSFET器件的阈值电压、跨导系数、导通电阻、结电容、内部栅极电阻等主要器件参数,计算了这些参数的变异系数,评估了其分散性。其次,针对SiC MOSFET的器件参数对其短路特性的影响展开了研究。搭建了单器件短路测试平台,在同样的短路实验条件下,测试了同一生产批次器件的短路电流、电压,计算了短路能量,评估了其短路特性的分散性。然后结合器件参数分阶段对SiC MOSFET的基本短路波形进行了分析,确定影响SiC MOSFET短路特性的主要器件参数,并通过实验进行了验证。提出了抑制短路特性差异的器件筛选方法,并在不同短路实验条件下对筛选方法进行了验证。最后,研究了寄生电感对并联器件的短路特性的影响。搭建了并联器件的短路特性测试平台,采用Q3D软件提取了实验平台的各支路电感值,搭建了并联器件的仿真电路,分析了各支路电感不匹配对并联器件短路波形的影响。然后筛选短路特性一致的器件进行了并联短路实验,对仿真结果进行了验证,获得的研究结果为功率模块的内部布局提供了参考指导。
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