高阻断电压、大功率密度、高转化效率是电力电子器件技术持续追求的目标,基于4H-SiC优异的材料特性,在电力电子器件应用方面具有广阔的发展前景。围绕SiC MOSFET器件对外延材料的需求,介绍了国内外主流的SiC外延设备及国产SiC衬底的发展,并重点介绍了宽禁带半导体电力电子器件国家重点实验室在国产150 mm(6英寸)SiC衬底上的高速外延技术进展。通过关键技术攻关,实现了150 mm SiC外延材料表面缺陷密度≤0.5 cm-2,BPD缺陷密度≤0.1 cm-2,片内掺杂浓度不均匀性≤5%,片内厚度不均匀性≤1%。基于自主外延材料,实现了650~1200 V SiC MOSFET产品商业化以及6.5~15 kV高压SiC MOSFET器件的产品定型。
针对空间应用,开展SiC MOSFET单粒子效应试验研究。在加速器上用重离子辐照1200 V SiC MOSFET,离子线性能量传输(LET)在0.26~118 MeV·cm^(2)/mg之间,辐照中被试器件加50~600 V静态漏源偏置电压、栅源短接,实时测量电特性,进行辐照...
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针对空间应用,开展SiC MOSFET单粒子效应试验研究。在加速器上用重离子辐照1200 V SiC MOSFET,离子线性能量传输(LET)在0.26~118 MeV·cm^(2)/mg之间,辐照中被试器件加50~600 V静态漏源偏置电压、栅源短接,实时测量电特性,进行辐照后栅应力(PIGS)测试。试验结果发现,50~100 V偏置电压下,离子引起瞬态电流,PIGS测试栅失效。分析认为离子引起栅氧化物潜在损伤,PIGS测试过程中,潜在损伤进一步退化导致栅失效。氧化物潜在损伤不仅与辐照偏置电压有关,还与入射离子LET和注量有关。PIGS测试需要的栅应力时间与潜在损伤程度有关,可超过300 s。并给出了电荷累积损伤模型。模型进行SiC MOSFET单粒子效应评估时,应考虑离子引起栅氧化物潜在损伤的影响,需根据轨道和任务周期确定试验离子注量,根据应用情况确定辐照偏置电压,并评估确定PIGS测试栅应力时间。
研究了重离子引起漏电退化损伤对1200 V SiC MOSFET栅极可靠性的影响。结果表明，在Ta离子辐照下，VDS在150 V至200 V时，器件漏电流由纳安增加至微安，通过微光显微镜（EMMI）发现损伤主要集中在器件的主结区。经过168小时20 V栅压考...
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研究了重离子引起漏电退化损伤对1200 V SiC MOSFET栅极可靠性的影响。结果表明，在Ta离子辐照下，VDS在150 V至200 V时，器件漏电流由纳安增加至微安，通过微光显微镜（EMMI）发现损伤主要集中在器件的主结区。经过168小时20 V栅压考核，漏电退化器件栅漏电由几微安升高至百微安，但最大跨导和转移特性均无明显变化。研究同时验证了在负栅压辐照条件下，器件栅极更易发生漏电。综上，本研究为SiC MOSFET辐照后栅极可靠性评估、抗辐照性能加固提出新的视角，对探讨天-地等效的重离子单粒子效应模拟实验方法具有一定参考意义。
高压碳化硅(silicon carbide,SiC)器件因具有耐高压、耐高温、低损耗等优异特性,已成为支撑未来新型电力系统建设的新型电力电子器件。文中基于自主研制的18kV/12.5A高压SiC绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)芯片,提出18kV SiC IGBT单芯片子模组及10芯片并联封装设计方案,研制18kV/125A SiC IGBT器件,功率等级达到国际最高水平。搭建高压碳化硅功率器件绝缘、静态特性和动态特性测试平台,测试单芯片子模组及10芯片并联器件的绝缘及动态特性,18kV/125A SiC IGBT器件具备18kV静态耐压且可以在13kV直流母线电压条件下关断130A电流,验证了所研制器件的高压绝缘及高压开关能力。此外,采用18kV/125A SiC IGBT器件串联搭建24kV换流阀半桥功率模块,提出器件串联均压方法,完成半桥功率模块的1min静态耐压试验和开关试验验证,结果表明,所研制的18kV/125A SiC IGBT器件运行良好,满足串联应用要求,同时,所提的均压方案可以保证半桥功率模块静态电压不均衡和动态电压不均衡程度分别低于0.4%和15%。该研究可以为基于SiC IGBT器件在柔性直流输电工程中的应用奠定基础。
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