碳化硅MOSFET器件特性的研究

二极管特性

二极管伏安特性曲线的研究 一、实验目的 通过对二极管伏安特性的测试，掌握锗二极管和硅二极管的非线性特点，从而为以后正确设计使用这些器件打下技术基础。 二、伏安特性描述 对二极管施加正向偏置电压时，则二极管中就有正向电流通过(多数载流子导电)，随着正向偏置电压的增加，开始时，电流随电压变化很缓慢，而当正向偏置电压增至接近二极管导通电压时(锗管为0.2V左右，硅管为0.7V左右)，电流急剧增加，二极管导通后，电压的少许变化，电流的变化都很大。 对上述二种器件施加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，其反向电压增加至该二极管的击穿电压时，电流猛增，二极管被击穿，在二极管使用中应竭力避免出现击穿观察，这很容易造成二极管的永久性损坏。所以在做二极管反向特性时，应串入限流电阻，以防因反向电流过大而损坏二极管。 二极管伏安特性示意图1-1，1-2 图1－1锗二极管伏安特性图1－2硅二极管伏安特性 三、实验设计 图1-3 二极管反向特性测试电路 1、反向特性测试电路 二极管的反向电阻值很大，采用电流表内接测试电路可以减少测量误差。测试电路如图1-3，电阻选择510Ω

2、正向特性测试电路 二极管在正向导道时，呈现的电阻值较小，拟采用电流表外接测试电路。电源电压在0～10V内调节，变阻器开始设置470Ω，调节电源电压，以得到所需电流值。 图1-4 二极管正向特性测试电路 四、数据记录 见表1-1、1-2 表1-1 反向伏安曲线测试数据表 表1-2 正向伏安曲线测试数据表 注意：实验时二极管正向电流不得超过20mA。 五、实验讨论 1、二极管反向电阻和正向电阻差异如此大，其物理原理是什么？ 2、在制定表1－2时，考虑到二极管正向特性严重非线性，电阻值变化范围很大，在表1－2中加一项“电阻修正值”栏，与电阻直算值比较，讨论其误差产生过程。

碳化硅电子器件发展分析报告

碳化硅电力电子器件的发展现状分析 目录 1.SiC器件的材料与制造工艺 (2) 1.1 SiC单晶 (2) 1.2 SiC外延 (3) 1.3 SiC器件工艺 (4) 2. SiC二极管实现产业化 (5) 3. SiC JFET器件的产业化发展 (7) 4. SiC MOSFET器件实用化取得突破 (7) 5. SiC IGBT器件 (8) 6. SiC功率双极器件 (9) 7. SiC 功率模块 (10) 8. 国内的发展现状 (11) 9. SiC电力电子器件面对的挑战 (11) 9.1 芯片制造成本过高 (11) 9.2 材料缺陷多，单个芯片电流小 (12) 9.3 器件封装材料与技术有待提高 (12) 10. 小结 (12)

在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN 型二极管。SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管（MOSFET）、结型场效应开关管（JFET）、绝缘栅双极开关管（IGBT）三种。 1.SiC器件的材料与制造工艺 1.1 SiC单晶 碳化硅早在1842年就被发现了，但直到1955年，飞利浦（荷兰）实验室的Lely 才开发出生长高品质碳化硅晶体材料的方法。到了1987年，商业化生产的SiC衬底进入市场，进入21世纪后，SiC衬底的商业应用才算全面铺开。碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共260多种结构，目前只有六方相中的4H-SiC、6H-SiC才有商业价值，美国科锐（Cree）等公司已经批量生产这类衬底。立方相（3C-SiC）还不能获得有商业价值的成品。 SiC单晶生长经历了3个阶段, 即Acheson法、Lely法、改良Lely法。利用SiC 高温升华分解这一特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体。升华法是目前商业生产SiC单晶最常用的方法，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。由于Lely法为自发成核生长方法，不容易控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法。改良的Lely法也被称为采用籽晶的升华法或物理气相输运法 (简称PVT法)。PVT法的优点在于：采用 SiC籽晶控制所生长晶体的晶型，克服了Lely法自发成核生长的缺点，可得到单一晶型的SiC单晶，且可生长较大尺寸的SiC单晶。国际上基本上采用PVT法制备碳化硅单晶。目前能提供4H-SiC晶片的企业主要集中在欧美和日本。其中Cree产量占全球市场的85%以上，占领着SiC晶体生长及相关器件制作研究的前沿。目前，Cree的6英寸SiC晶片已经商品化,可以小批量供货。此外，国内外还有一些初具规模的SiC晶片供应商，年销售量在1万片上下。Cree生产的SiC晶片有80%以上是自己消化的，用于LED衬底材料，所以Cree是全球

适合各种电源应用的碳化硅肖特基二极管

适合各种电源应用的碳化硅肖特基二极管 功率因数校正(PFC)市场主要受与降低谐波失真有关的全球性规定影响。欧洲的EN61000-3-2是交直流供电市场的基本规定之一，在英国、日本和中国也存在类似的标准。EN61000-3-2规定了所有功耗超过75W的离线设备的谐波标准。由于北美没有管理PFC的规定，能源节省和空间/成本的考虑成为在消费类产品、计算机和通信领域中必须使用PFC的附加驱动因素。主动PFC有两种通用模式：使用三角形和梯形电流波形的不连续电流模式(DCM)和连续电流模式(CCM)。DCM模式一般用于输出功率在75W到300W之间的应用；CCM模式用于输出功率大于300W的应用。当输出功率超过250W时，PFC具有成本效益，因为其它方面(比如效率)得到了补偿性的提高，因此实际上不增加额外的成本。 主动PFC是服务器系统架构(SSI)一致性的要求：供电模块应该采用带主动功率因数校正的通用电源输入，从而可以减少谐波，符合EN61000-3-2和JEI DA MITI标准。这就需要高功率密度应用能够提供较宽的输入电压范围(85~265 V)，从而给PFC级电路使用的半导体提出了特殊的要求。 在输入85V交流电压时，必须有最低的Rdson，因为传导热损失与输入电压的3次方成反比关系。这种MOSFET管的高频工作能够显著减少升压抑制。因此晶体管的快速开关特性是必须的。升压二极管应该具有快速开关、低Vf和低Qrr特性。为了减少MOSFET在接通时的峰值电流压力，低Qrr是必须的。如果没有这一特性，升压MOSFET将增加温度和Rdson，导致更多的功率损失，从而降低效率。在高功率密度应用中效率是取得较小体积(30W/cm3英寸)和减少无源器件尺寸的关键因素。因此高的开关频率必不可少。

半导体二极管伏安特性的研究(可编辑修改word版)

半导体二极管伏安特性的研究 P101 【实验原理】 1.电学元件的伏安特性 在某一电学元件两端加上直流电压，在元件内就会有电流通过，通过元件的电流与其两端电压之间的关系称为电学元件的伏安特性。一般以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压-电流关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。 对于碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等电学元件，在通常情况下，通过元件的电流与加在元件两端的电压成正比，即其伏安特性曲线为一通过原点的直线，这类元件称为线性元件，如图3-1 的直线a。至于半导体二极管、稳压管、三极管、光敏电阻、热敏电阻等元件，通过元件的电流与加在元件两端的电压不成线性关系变化，其伏安特性为一曲线，这类元件称为非线性元件，如图3-1 的曲线b、c。伏安法的主要用途是测量研究非线性元件的特性。一些传感器的伏安特性随着某一物理量的变化呈现规律性变化，如温敏二极管、磁敏二极管等。因此分析了解传感器特性时，常需要测量其伏安特性。 图 3–1 电学元件的伏安特性 在设计测量电学元件伏安特性的线路时，必须了解待测元件的规格，使加在它上面的电 压和通过的电流均不超过元件允许的额定值。此外，还必须了解测量时所需其他仪器的规格（如电源、电压表、电流表、滑线变阻器、电位器等的规格），也不得超过仪器的量程或使用范围。同时还要考虑，根据这些条件所设计的线路，应尽可能将测量误差减到最小。 测量伏安特性时，电表连接方法有两种：电流表外接和电流表内接，如图3-2 所示。 （a）电流表内接；（b）电流表外接 图 3–2 电流表的接法 电压表和电流表都有一定的内阻（分别设为R v和R A）。简化处理时可直接用电压表读

新型 650V 碳化硅肖特基二极管

新型650V 碳化硅肖特基二极管（Cree） 来源：21ic Cree 公司日前宣布推出最新Z-Rec?650V 结型肖特基势垒(JBS) 二极管系列，以满足最新数据中心电源系统要求。新型JBS 二极管的阻断电压为650V，能够满足近期数据中心电源架构修改的要求。据行业咨询专家估算，这样可以将能效提高多达5% 。由于数据中心的耗电量几乎占全球年耗电量的10%，任何水平的能效提升都会有助于大幅降低总体能耗。 常规开关电源一般输入电压范围为90V~264V，可以支持世界各地的各种交流输入电源。现有的数据中心电源架构一般采用本地供电单位提供的三相/480V电源。三相/480V电源经电力变压器降压为三相/208V 电源，并经进一步处理后作为服务器电源的输入电源。由于变压器的损耗，这种做法会降低总效率。 近期数据中心电源系统的发展趋势要求取消480V 到 208V 的降压过程，以提高数据中心的总效率。现在服务器电源有望直接从三相/480V 相电压获得90V~305V更宽泛的 通用线电压（277V+10% 的安全范围），而不再从三相/208V 相电压获得120V 交流电压。这种架构无需使用降压变压器，也就避免了相关的能耗及成本支出。

要让具有90V~305V宽泛输入电压范围的服务器电源系统理想运行，就要求像肖特基二极管这样的功率器件具有高至650V 的最大阻断电压。Cree 最新推出的650V 额定器件为设计人员设计先进的数据中心和通信设备电源系统时提供了理想的解决方案。Cree的新款Z-Rec 碳化硅二极管不仅提供了这些先进电源系统需要的650V 阻断电压，而且与硅器件相比还能够消除反向恢复损耗，进一步降低能耗。 Cree 电源与射频部副总裁兼总经理Cengiz Balkas 解释说：“碳化硅技术对开发新一代先进的高能效数据中心电源系统设计至关重要，因为它基本上消除了二极管的开关损耗。众所周知，开关损耗是导致传统硅器件低能效的主要原因，因此采用碳化硅器件取代硅器件可以将电源的功率因数校正级的效率提升 2 个百分点，从而与单纯的架构修改相比，能够带来更大的总效率提升。” C3DXX065A 系列是650V Z-Rec 肖特基二极管系列的首批产品，提供4A、6 A、8 A 和10 A四种规格，均采用TO-220-2 封装。所有器件的额定工作温度范围为-55°C ~ +175°C。 C3DXX065A 系列器件已经通过全面认证并正式交付生产。

碳化硅电力电子器件的发展现状分析

碳化硅电力电子器件的发展现状分析在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN型二极管。SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管(MOSFET)、结型场效应开关管(JFET)、绝缘栅双极开关管(IGBT)三种。 1. SiC二极管实现产业化 SiC电力电子器件中，SiC二极管最先实现产业化。2001年德国Infineon公司率先推出SiC二极管产品，美国Cree和意法半导体等厂商也紧随其后推出了SiC二极管产品。在日本，罗姆、新日本无线及瑞萨电子等投产了SiC二极管。很多企业在开发肖特基势垒二极管(SBD)和JBS结构二极管。目前，SiC二极管已经存在600V~1700V电压等级和50A电流等级的产品。 SiC 肖特基二极管能提供近乎理想的动态性能。做为单子器件，它的工作过程中没有电荷储存，因此它的反向恢复电流仅由它的耗尽层结电容造成，其反向恢复电荷以及其反向恢复损耗比Si超快恢复二极管要低一到两个数量级。更重要的是，和它匹配的开关管的开通损耗也可以得到大幅度减少，因此提高电路的开关频率。另外，它几乎没有正向恢复电压，因而能够立即导通，不存在双极型器件的开通延时现象。在常温下，其正态导通压降和Si

系列碳化硅肖特基二极管在CCM

導言 在引進高壓碳化硅肖特基二極管(SiC Schottky diode)之前，快速恢復二極管(FRD)已被使用在連續電流模式(CCM)功率因素校正(PFC)電路昇壓轉換器。由於快速恢復二極管的反向恢復電流所產生之高功率損失限制了功率因素校正電路操作的最高開關頻率和使用超過設計所應使用的電流額度的裝置。而使用碳化硅肖特基二極管，開關式電源設計工程師現在可以達到更高的效率，或是讓功率因素校正電路工作在更高頻率來達到更小型化電源供應器。 本文旨在幫助開關式電源設計工程師在CCM PFC 電路昇壓轉換器之應用選擇適當的Cree 600V 的碳化硅肖特基二極管。 下述的計算式是利用MathCAD 來執行的。設計工程師可以根據特定設計要求，來改變列在設計參數的任一參數。為了進行演示，在這使用一個開關頻率為100KHz 的300W 單相PFC 電路做例子。 藉由特定PFC 電路昇壓轉換器輸出功率額定和預期接面操作溫度的計算導通和切換損失的算式，使得電源供應器設計工程師可以為特定設計選擇最佳化的肖特基二極管。 選擇Z-Rec 碳化硅肖特基二極管系列可藉由適當控制昇壓電感紋波電流大小，可以選擇在全交流電壓輸入範圍(90V to 265V)皆可運轉，有最大成本效益的二極管，或是可以選擇讓效率最高的二極管。 lk (-) lk (+) AC IN AC IN 圖一 功率因素校正昇壓轉換器簡圖

設計者可以依照特定設計需求來改變下列任一參數以便在基於以下所給的功率損失計算式和最大浪湧電流來選擇適當額定值的碳化硅肖特基二極管。 V rms 90:= 最低輸入電壓( Volt) V o_min 300:= 在直流轉直流轉換器不動作前的最低的大(bulk)電容電壓(Volt) f in 50:= 輸入線頻率, 47 - 63 Hz P o 300:= 功率因素校正前端昇壓轉換器的輸出功率(Watt) f s 100103 ?:= 功率因素校正轉換器的開關頻率(Hz) η0.91:= 前端功率因素校正昇壓轉換器的預期之效率 T j 125:= 昇壓二極管的預期之結溫度(o C) V o 385:= 功率因素校正的預期之穩定輸出電壓(Volt) P f 0.99:= 功率因素校正電路的預期功率因數 I ripple 0.4:= 最大紋波電流當成最大平均電流的一定成分，為達成每1安培應用100W-150W 之建議，紋波應該低於 0.4 (+/-20%) 基本公式之使用 昇壓工作週期比率控制函數，昇壓二極管的有效值、平均電流，導通和開關損耗在任一預計的結溫度的計算式可由下列導出。基於每一不同額定的碳化硅肖特基二極管的功率損失，設計者可以選擇一適合的碳化硅肖特基二極管來符合其特定的設計需求。 ω2π?f in ?:= V in 2V rm s ?:= t 00.00001, 0.025..:= θ00.0001, 2π?..:= v in θ()V in sin θ()?:= 假設線輸入電壓是純正弦波 v rect θ()v in θ():= 橋式整流後的電壓 V o v rect 11d θ() - 昇壓轉換器之輸出電壓和輸入電壓之比值 以輸出電壓和輸入電壓為依據之昇壓轉換器MOSFET 工作週期比率公式 d θ() 1v rect V o -

二极管特性的研究——桥式整流电路的设计

二极管特性的研究——桥式整流电路的设计 实验目的 1． 运用伏安法测绘二极管的特性曲线。 2． 借助示波器观察绘制桥式整流电路的特性曲线。 实验原理 晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n 型半导体和p 型半导体结合形成的pn 结 构成的，如图一（a ）所示，pn 结具有单向导电的特性，常用符号表示如图一（b ）。 图 一 二极管pn 结构 图 二 二极管特性曲线 当pn 结加上正向电压（p 区接正、n 区接负）时，外电场使pn 结的阻挡层变薄，形 成比较大的电流，二极管的正向电阻很小；当pn 结加上反向电压时，外电场使pn 结的阻 挡层变厚，形成极小的反向电流，表现为反向电阻非常大。晶体二极管的正反向特性曲线 如图二所示，即二极管具有单向导电性。 利用二极管的单向导电性，可将交流电变成脉冲直流电，其过程称为整流。如图三是 桥式整流滤波电路，其整流过程如下：当交流电为正半周时，M 点电压高于N 点电压， D 2、D 4截止，而D 1、D 3导通，电流将从交流电源依次通过D 1、R 、D 3回到电源；当交流电为 负半周时，N 点电压高于M 点电压，D 1、D 3截止，而D 2、D 4导通，电流将从交流电源依 图 三 桥式整流、滤波电路 图 四 交流、整流及滤波波形 次通过D 2、R 、D 4回到电源。这样通过R 的电流方向是固定的，U A 始终大于U B ，且U AB 随交流电的起伏而波动。如果将R 两端接入示波器会观察到如图四的整流波形②。 如在负载R 两端并接上电容值较大的电解电容，见图三的虚线部分，可将脉冲直流电 过滤成较平稳的直流电，称为滤波。波形②将会变得较为平滑或成一条直线③。（滤波的 基本原理：电容C 两端的初始电压为0。接入交流电源U 后，当U 为正半周时，D 1、D 3 导通，U 通过D 1、D 3对电容充电；当U 为负半周时，D 2、D 4导通，U 通过D 2、D 4对电 容充电。由于充电回路等效电阻很小，所以充电很快，电容C 迅速被充到交流电压的最大 t A C V (a) (b)

SiC肖特基二极管调查报告解析

SiC结势垒肖特基二极管总结报告 何东（B140900200）肖凡（B140900208）于佳琪（B140900204） 一、SiC JBS器件的发展现状 1. 宽禁带半导体材料的优势 当前，随着微电子器件向低功耗、高耐压、高可靠性方向的发展，对半导体材料的要求也逐渐提高。微电子器件越来越多的应用在高温、高辐照、高频和大功率等特殊环境。为了满足微电子器件在耐高温和抗辐照等领域的应用，需要研发新的半导体材料，从而最大限度地提高微电子器件性能。传统的硅器件和砷化镓器件限制了装置和系统性能的提高。以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料，由于材料本身的宽禁带宽度和高临界击穿电场等优点成为制作耐高温、高功率和抗辐照等电子器件的理想的半导体材料[1]。目前研究的SiC基器件有高温和功率SiC器件、微波和高频SiC器件、SiC光电器件、抗辐照器件等[2]。 SiC材料的临界击穿场强是Si材料的10倍，SiC的禁带宽度和热导率均是Si材料的3倍，本征载流子的浓度也只有硅材料的十分之一。这些优异的物理特性使SiC材料制成的半导体功率器件在高频、高温、大功率及高辐照等环境下有很高的优势。SiC在不同的环境下能形成不同的晶体结构，现在常用的有3C-SiC、 4H-SiC、6H-SiC三种晶体结构。4H-SiC材料以其较高的禁带宽度和空穴迁移率，较低的本征载流子浓度成为制造半导体器件的主流材料[3-4]。 具备以上优异的物理特性的4H-SiC材料主要有以下应用： （1）利用其优异的热导率特性，在器件封装及温度方面的要求低，4H-SiC 器件适合应用在卫星、航空和航天探测、石油以及地热钻井探测、汽车发动机等需要耐高温的环境中。 （2）利用其宽禁带宽度和高化学稳定性，在高频和抗辐照等领域，4H-SiC 器件具有不可替代的作用，因为它可以抵御强大的射线辐射，在核战或强电磁干扰中的耐受能力远远超过硅基器件。 （3）利用其高的饱和速度和临界击穿场强，4H-SiC是1～10 GHz范围的大功率微波放大器的理想应用材料，高频和微波4H-SiC器件在军用雷达、通信和广

二极管特性及应用实验

姓名班级________学号____ 实验日期__节次教师签字成绩 二极管的特性研究及其应用一．实验目的 1.通过二极管的伏安特性的绘制，加强对二极管单向导通特性的理解； 2.了解二极管在电路中的一些应用； 3，学习自主设计并分析实验 二．实验内容： 1.二极管伏安特性曲线绘制； 2.交流条件下二极管电压波形仿真； 3.二极管应用电路 三．实验仪器 稳压电源RIGOL DS5102CA FLUKE190型测试仪；1N4001二极管若干； 函数信号发生器 TFG2020G ；电阻若干； 四．实验步骤 1.二极管伏安特性曲线绘制； 二极管测试电路

（1）创建电路二极管测试电路； （2）调整V1电源的电压值，记录二极管的电流与电压并填入表1； （3）调整V2电源的电压值，记录二极管的电流与电压并填入表2； （4）根据实验结果，绘制二极管的伏安特性。 表一 V1 200mv 300mv 400mv 500mv 600mv 700mv 800mv 1v 2v 3v ID VD 表二 V1 I D V D 绘制U—I图: 2．交流条件下二极管电压波形仿真；

D1 1N4001GP R1 100Ω V16 Vpk 100 Hz 0° XSC1 A B C D G T 2 1 仿真电路图 仿真结果

3.二极管应用电路 （1）桥式整流电路 D1 1N4001 D2 1N4001 D3 1N4001 D4 1N4001 V115 Vpk 60 Hz 0° R1100Ω 1 3 45 用示波器测量R1两端波形，并记录

桥式整流电路仿真 D1 1N4001 D21N4001 D3 1N4001 D41N4001 V115 Vpk 60 Hz 0° R12kΩ 4 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ 3 2 仿真结果

碳化硅肖特基二极管在电源中的应用简述

碳化硅肖特基二极管在电源中的应用简述 1. 新一代IFX SiC肖特基二极管(thinQ!2G)融合了普通SiC肖特基二极管和双极pn结构，从而具有非常高的浪涌电流承受能力和稳定的过压特性。 2.为了设计效率和外形尺寸最优的CCM PFC，升压二极管还必须具备以下一些特性：较短的反向恢复和正向恢复时间；最小的储存电荷Q；低的漏电流和最低的开关损耗。过压和浪涌电流能力非常重要，它们能够用来处理PFC中由启动和交流回落引起的浪涌和过电流。这些特性只有用碳化硅肖特基二极管(SiC 肖特基二极管)才能实现。 3.由于SiC肖特基二极管中缺少正向和反向恢复电荷，因此可以用更小的升压MOSFET。这样做除了成本得到降低外，器件温度也会降低，从而使SMPS具有更高的可靠性。 4.由于SiC肖特基二极管的开关行为独立于正向电流(Iload)、开关速度(di/dt)和温度，因此这种二极管在设计中很容易使用。在设计中采用SiC肖特基二极管能够实现最大的开关工作频率(最高可达1MHz)，从而可以使用更小体积的无源器件。 最低的开关损耗和低的Vf能使用更小的散热器或风扇。另外，由于具有正的温度系数，SiC肖特基二极管能够非常方便地并行放置。 5.改进的浪涌电流能力 thinQ!2G提供改进的浪涌电流功能，允许针对应用中的平均电流条件进行设计，也就是说，大多数的启动和AC回落引起的浪涌和过流能很好地获得处理。图2表明，在正常工作状态，thinQ!2G的行为与具有零反向恢复电荷的普通肖特基二极管没什么两样，在大电流状态其正向特性如同双极pn二极管一样，能够显著减少功率损耗。 由于改进的浪涌电流能力使得在指定应用中采用更低标称电流的二极管进行设计成为可能。到目前为止，二极管的浪涌电流额定值仍是重要的设计考虑因素。已经具有良好浪涌电流标称值的6A二极管IFSM=21A@10ms的thinQ!被极大地增强为IFSM 49A@10ms的thinQ!2G。 对实际应用(6A IFX第一代SiC肖特基二极管、PFC、宽范围)进行的测试证实了这些改进：6A第一代SiC肖特基二极管足以用来处理启动时的浪涌电流，结温会升高到50℃。这种情况非常接近由于肖特基特性而引起的热失控，如图2所示。在通常情况下可以使用更小体积的二极管。

碳化硅MOSFET反向导通特性建模研究

第37卷第10期2018年10月 电工电能新技术 Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy Vol.37,No.10Oct.2018 收稿日期:2018-02-27 基金项目:高速磁浮牵引供电及控制系统关键技术研究及装备研制项目(2016YFB1200602-20) 作者简介:周志达(1991-),男,广东籍,博士研究生,研究方向为宽禁带半导体在电力电子与电力传动中的应用; 葛琼璇(1967-),女,江西籍,研究员,博士,研究方向为大功率变流器及高性能电机牵引控制技术三 碳化硅MOSFET 反向导通特性建模研究 周志达1,2,葛琼璇1,赵一鲁1,杨一博1,2 (1.中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室,中国科学院电工研究所,北京100190; 2.中国科学院大学,北京100049)摘要:碳化硅宽禁带半导体器件因其损耗小二开关时间短以及温度特性稳定等诸多优点在中小功率变换器得到广泛关注三对比Si IGBT ,SiC MOSFET 的反向导通(第三象限运行)压降更低二损耗更小二载流能力更高,在电机驱动二移相DC /DC 变换器以及同步整流器中应用更有优势三首先研究了SiC MOSFET 反向导通机理及其外特性随温度变化规律,提出了一种适用于不同封装二不同型号的反向导通建模方法,实现仅需数据手册即可快速建立包含不同结温特性的行为模型,仿真结果验证了提出的建模方法对分立元件和功率模块的准确性和有效性三关键词:碳化硅MOSFET ;反向导通;通用行为模型 DOI :10.12067/ATEEE1802039一一一文章编号:1003-3076(2018)10-0010-07一一一中图分类号:TN32 1一引言 电力电子开关器件的电气性能通常用额定功率 容量和最大工作频率的乘积表征[1],自硅基半导体器件得到规模应用的五十多年来,目前器件电气性能在 109~1010W 四Hz 之间,已经接近材料极限[1,2]三与硅基材料相比,化合物半导体碳化硅材料制成的宽禁带开关器件具有耐压等级高二导通电阻小二高频损耗低和温度特性稳定等诸多优点三在器件商业化初期主要应用于小功率开关电源二模块化光伏发电等领域,替代了Si MOSFET 分立元件,系统效率得到提升,功率器件数目进一步减少[3]三随着1700V /300A 和1200V /300A 功率模块量产,SiC MOSFET 逐渐替代Si IGBT 应用于轨道交通[4-6]二电动汽车[7]二数据中心供电系统[8-10]等大功率场合,系统功率密度二运行效率以及器件损耗均有不同程度的改善三 MOSFET 作为单极型器件,其沟道本身可正反向导通电流,加上其内部寄生二极管,可实现反向稳态导通二死区时间换流以及PWM 调制变换的需求;而双极型IGBT 器件必须反并联二极管才可实现反向导通,导通压降和损耗较高,载流能力较低三另一方面,MOSFET 反向导通机理对比IGBT 的反并联二 极管导通复杂,随着沟道反型层的不同状态以及寄生二极管两端施加电压大小,可能存在二极管独立导通二沟道独立导通以及沟道和二极管并联导通3种情况三 SiC MOSFET 作为新型化合物半导体器件,其 沟道导通电阻二器件阈值电压的温度特性与Si MOSFET 有很大差别[11],内部寄生二极管由于MOS 界面缺陷导致阈值电压高,导通电阻大,目前应用中普遍反并联SiC 肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode,SBD)[12]以旁路性能较差的寄生二极管,但这种全SiC 组合器件不仅提升了系统成本,反向导通过程也变得更加复杂三 目前SiC 器件成本仍然较高,器件迭代速度较快,研究器件反向导通机理能更好地评估反并联SBD 的必要性,对反向导通特性的建模可用于预测系统性能二体积以及效率等关键指标三文献[13]提出的经典的SiC MOSFET 行为建模方法,采用Pspice Level 1模型[14]做沟道内核,在大电流正向导通特性精度较差且无法对反向导通特性独立建模三文献[15]基于经典EKV (Enz Krummenacher Vittoz)模 型,采用统一的沟道电流表达式描述沟道在弱二中二强三种不同反型层的特性三但沟道正反向导通模型

SiC肖特基二极管电热宏模型

SiC Schottky Diode Electrothermal Macromodel Francesc N. Masana Departament d’Enginyeria Electrónica (DEE) Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) Barcelona, Spain masana@https://www.sodocs.net/doc/7510415457.html, Abstract —This paper presents a SiC Schottky diode m odel including static, dynam ic and therm al features im plem ented as separate param eterized blocks constructed from SPICE Analog Behavioral Modeling (ABM) controlled sources. The parameters for each block are easy to extract, even from readily available diode data sheet inform ation. The m odel complexity is low thus allowing reasonably long simulation times to cope with the rather slow self heating process and yet accurate enough for practical purposes. Index Terms —SiC Schottky, self heating, ABM, tem perature coefficient, voltage controlled capacitance, RC thermal model. I. I NTRODUCTION SiC is becoming fashionable as a base material for power devices [1,2] due to its intrinsic characteristics as wider bandgap, higher critical breakdown field strength and higher thermal conductivity compared to Si. Despite its poorer material quality and much higher price, SiC is finding its way in power applications, being the Schottky diode the most readily available component now in the market. As opposed to Si Schottky diodes that suffer from high leakage currents and relatively poor device reliability and are thus limited to low voltage parts, the wider bandgap and higher critical field of SiC allows for the manufacturing of high voltage devices with much lower leakage currents, even at elevated temperatures. Moreover, being majority carrier devices, SiC Schottky’s switch faster than their Si PiN diode counterparts and its switching speed is almost independent of temperature. For all that, the need of suitable models to use for circuit and system design becomes evident for such parts. Ideally, these models should include both static and dynamic features and also, due to the high temperature operation capability of devices, thermal modeling and especially self heating effects that can substantially affect operation. Two main approaches are available [3] that include self heating, i.e., Analog Hardware Description Language (AHDL) and SPICE Analog Behavioral Modeling. Although AH DL solution is faster, as the model code is compiled and linked to the simulator, its portability between different simulators is low and user has no direct access to model equations and parameters. On the other side, SPICE ABM model is interpreted by the simulator so it executes slower than AHDL but it has total portability (except for a few syntactic differences) between SPICE simulators that support ABM, while model structure, equations (if any) and parameters are readily available to the user. In the following paragraphs, we will build the model as three independent blocks for static, dynamic and thermal response that will finally be joined together into a single electrothermal model. II. S TATIC M ODEL The forward I-V characteristics will be modeled by means of the standard piece-wise linear (PWL) model [4,5] featuring a d.c. voltage V 0 and a series resistance R d as follows: d d d I R V V 0 (1) Temperature dependence for V 0 and R d is introduced at this point as: )(0000T T V V V D (2) n R d d T T R R )(00 D (3) Where V 0 temperature dependence is assumed linear, which is a good fit in practice, and series resistance is fitted by a power law. If we want a simpler linear model we can make n = 1. However, a better fit is generally achieved if n has a value between 2 and 3. For practical purposes, the value 2 can be forced with sufficient approximation. T 0 is the reference (ambient) temperature. Substituting (2) and (3) into (1) we get for the diode forward drop, including temperature variation: n d R d d V d T T I I R T T V V )()(00000 D D (4) This constitutes the model equation. Note that the way equations (2), (3) and (4) are stated, D V and D R have dimensions of V /oC and : /(oC) n . This is consistent with the way parameters are extracted from data sheet or measurements. Using ABM dependent sources, equation (4) can be modeled as shown in figure 1. H1 transforms I d into an equivalent voltage to use at the input of the multiplier EKrID modeling the last term in equation (4). The second term is modeled by the EKV source, which gain is set to D V . Source EKR models series resistance temperature dependence through its gain that is set to D R . Temperature equivalent voltage input is passed through a power element P WR n before going into EKR . Finally, V 00 is modeled directly by a d.c. voltage source of the same name. Switch Sr0 is included to make the model valid for forward as well as reverse input voltage. This work has been supported by the grant RUE CSD2009-00046, Consolider-Ingenio 2010 Programme, Spanish Ministry of Science and Innovation. MIXDES 2010, 17th International Conference "Mixed Design of Integrated Circuits and Systems", June 24-26, 2010, Wroc?aw, Poland *QTv`B;?i ükyRy #v .2T `iK2Mi Q7JB+`Q2H2+i`QMB+b *QKTmi2`a+B2M+2-h2+?MB+ H lMBp2`bBiv Q7GQ/x jdR

晶体二极管的特性与检测教案

晶体二极管的特性与检测教案 松江区劳技中心丁珏 一、教学目标： 知识与技能 1、知道晶体二极管的特性、符号和种类； 2、学会用万用表判断整流二极管的极性、发光二极管的好坏。 过程与方法 1、自主探究发现整流二极管的特性； 2、学生在熟练运用万用表的基础上，通过自主探究学习，对整流二极管进行极性判断，对发光二极管进行筛选。 3、在掌握有关知识点技能的基础上，通过拓展探究第二种判断极性的方法。情感态度与价值观 通过晶体二极管的检测，感悟团结协作、主动探究的乐趣。 三、教学重点： 通过自主探究，让学生发现整流二极管的单向导电性，确定判断极性的方法。 四、教学难点： 对二极管单向导电性的理解 五、教学用具： 多媒体设备、万用表、整流二极管、发光二极管、电池夹。 六、教学步骤：

文字符号（V） 图形符号 该图中的箭头表示电流的允许 通过的方向。 2、内部结构： 由P型半导体和N型半导体组成，中间是PN结 3、主要分类：教师介绍（1）整流二极管：用于整流电路，将交流电变成直流电；（2）发光二极管：用于指示灯（3）光电二极管：将光信号转变为电信号的一种电子器件。（4）稳压二极管：稳定电压。 4、整流二极管特性与检测：（1）、特性：教师提出具体要求引导学生主动探究 引导：通过观察二次指针情况，能得出什么结论？ （2）、极性判断 教师提出具体要求引导学生主 动探究 引导：根据特性和红黑棒上电流的流向，如何判断极性？ 初步了解 联系生活中的二极管 进行思考 主动探究寻找并总结 特性：单向导电性： （即电流只能从二极 管的正极流向负极） 交流探究设计判断极 性 结论：当电路导通时， 与黑表棒相连接的是 二极管的正极。 学生活动 表达及意义 知道分类及 日常的应用 引导学生自 主探究的能 力，初立探 究意识 提高学生自 主探究的能 力 达成目标 步骤