【摘 要】
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屏蔽栅MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）为中低压功率MOSFET中的主流产品,且在新能源政策的引导下屏蔽栅MOSFET的应用进一步推广。屏蔽栅MOSFET的动静态性能优异,但因其开关速度较快,在动态开关过程中会产生严重的开关振荡,从而威胁器件的可靠性,甚至成为电磁干扰的噪声源。因此对屏蔽栅MOSFET动态特性的研究具有
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屏蔽栅MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）为中低压功率MOSFET中的主流产品,且在新能源政策的引导下屏蔽栅MOSFET的应用进一步推广。屏蔽栅MOSFET的动静态性能优异,但因其开关速度较快,在动态开关过程中会产生严重的开关振荡,从而威胁器件的可靠性,甚至成为电磁干扰的噪声源。因此对屏蔽栅MOSFET动态特性的研究具有必要性。本文主要研究屏蔽栅MOSFET在感性负载开关与体二极管反向恢复过程中的开关振荡问题,通过改变器件的结构参数,观察器件动态性能的变化,从机理层面分析原因并提出优化方案。具体内容总结如下:1、对功率MOSFET在感性负载开关电路、体二极管反向恢复电路和半桥电路的工作状态进行阐述,对动态开关过程中产生振荡的机理进行分析,并总结现有屏蔽栅MOSFET开关振荡的相关研究内容。2、在感性负载开关电路中,明确电路参数的影响后,改变漂移区电阻率等8个结构参数进行仿真分析,发现增大屏蔽栅电阻值可以在不影响器件功耗的情况下显著抑制开关振荡,且漂移区电阻率、沟槽深度与沟槽底部屏蔽栅氧化层厚度也对开关振荡有一定的影响,但改变上述参数时需要考虑振荡与功耗的折中关系。通过仿真不同结构屏蔽栅MOSFET的寄生电容的C-V特性曲线,发现增大d Cgd/d Vds或增大Cds可以在一定程度上抑制振荡的产生,该结论有利于指导产品选型。3、在体二极管反向恢复过程中,改变漂移区电阻率等7个参数进行仿真分析,发现沟槽深度减小可以显著优化器件的体二极管性能与漏源电压的振荡,栅氧化层厚度减薄可以显著优化体二极管性能且在一定程度上可以抑制振荡。研究中发现器件的体二极管性能与两种因素相关,一是体二极管正向导通时注入漂移区的空穴量,二是反向抽取时耗尽层的展宽距离。且器件在反向恢复过程中漏源电压振荡的幅值与器件的击穿电压值呈现正相关的关系。4、综合考虑动态特性优化的结论、动静态参数设计指标与合作代工线的工艺条件后,设计出动态特性优化的100V屏蔽栅MOSFET。该器件完成了各项动静态参数测试并满足设计指标,且在感性负载开关测试与体二极管反向恢复过程中漏源电压振荡仅达到电源电压的6.75%与17.14%,测试结果验证了动态特性的优化结论的实用性。
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