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作者:柏松; 黄润华; 陶永洪; 刘奥 单位:宽禁带半导体电力电子器件国家重点实验室; 南京电子器件研究所; 江苏南京210016
摘要:碳化硅(SiC)功率金属.氧化物半导体场效应管(MOSFET)以其优越的性能受到广泛关注,但受限于器件设计和工艺技术水平,器件的潜力尚未得到充分发挥。介绍了SiC功率MOSFET的结构设计和加工工艺,采用一氧化氮(NO)栅氧退火工艺技术研制出击穿电压为1800V、比导通电阻为8mΩ·cm^2的SiCMOSFET器件,测试评价了器件的直流和动态特性,关断特性显著优于SiIGBT。评估了SiCMOSFET器件栅氧结构的可靠性,器件的栅氧介质寿命及阈值电压稳定性均达到工程应用要求。
摘要:为促进高频、超高频电力电子功率变换技术研究和应用,本刊拟将2017年第12期辟为“高频、超高频电力电子功率变换技术”专辑。以集中反映这一技术领域最新科研成果,关键技术发展和创新。
作者:刘国友; 彭勇殿; 常桂钦; 余伟 单位:新型功率半导体器件国家重点实验室; 株洲中车时代电气股份有限公司; 湖南株洲412001
摘要:基于自主绝缘栅双极晶体管(IGBT)芯片和碳化硅(SiC)肖特基势垒二极管(SBD),研制3300V/500ASiC混合模块。完成模块的性能测试及热阻测试,并与SiIGBT模块进行对比。二极管热阻较SiIGBT模块显著降低,增大模块额定电流能力。SiC混合模块反向恢复能量几乎可忽略,减少模块工作过程中对IGBT芯片的电流和电压过冲,利于模块的长期可靠性。利用PLECS仿真得到脉宽调制(PWM)工况下芯片最高结温,SiC混合模块低于IGBT模块。3300V/500ASiC混合模块的研制成功,对SiC材料在机车牵引领域的应用具有推动作用。
作者:许甫任; 颜诚廷; 洪建中; 李传英 单位:瀚薪科技股份有限公司; 台湾新竹30072
摘要:介绍了结势垒控制肖特基整流器(JBS)和JBS集成碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)(SiCJMOS)的特性。JMOS通过将DMOS和JBS合并于单片SiC器件,无需任何额外的工艺和面积。当SiCMOSFET中的寄生体二极管导通时,集成的JBS还可以防止由于注入的少数载流子的复合而导致的位错缺陷转变为堆垛层错的潜在风险。进行特征比较,并构建一个测试平台,以验证SiCJMOS比传统SiCDMOS的效率和可靠性有所提高。实验结果表明,SiCJMOS能以更低的成本和更高的功率密度获得更好的系统性能和可靠性。
作者:杨祥龙; 徐现刚; 陈秀芳; 胡小波 单位:山东大学; 晶体材料国家重点实验室; 山东济南250100
摘要:碳化硅(SiC)作为第3代宽禁带半导体的核心材料之一,具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高热导率、化学稳定性好等优良特性,是制作高压、大功率、高频、高温和抗辐射新型功率半导体器件的理想材料。近年来,国内外在SiC单晶衬底制备方面取得了重大进展。对SiC单晶衬底材料的最新发展进行回顾,包括SiC单晶生长技术、直径扩大、缺陷控制等,对SiC单晶材料的发展趋势进行了展望。随着高质量大尺寸SiC衬底材料的迅速发展,大大降低了SiC器件的制造成本,为SiC功率器件的发展提供了坚实基础。
作者:Chih-Fang; Huang 单位:National; Tsing; Hua; University; Hsinchu; 30013; China
作者:; 卢志飞; 李世强; 李剑波 单位:国网浙江省电力公司舟山供电公司; 浙江舟山316021; 浙江舟山海洋输电研究院有限公司; 浙江舟山316021
摘要:以实际碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件为对象,首先测试了不同温度下的转移和输出特性,获取了温度对其阈值电压、跨导、导通电阻和内栅极电阻的影响规律,接着基于所得到的温度特性实验结果,建立了SiCMOSFET静态等效电路模型,最后对该模型进行了验证。结果表明,温度对SiCMOSFET静态特性及参数的影响较为明显。所建立的等效电路模型能正确反映SiCMOSFET的静态特性。
作者:王曦; 蒲红斌; 刘青; 陈治明 单位:西安理工大学; 自动化与信息工程学院; 陕西西安710048
摘要:通过理论分析与数值仿真的方法对具有梯度掺杂短基区的10kV4H-SiC光触发晶闸管(LTT)进行了研究。短基区的施主杂质呈梯度分布,未耗尽时会在纵向产生感生电场,使短基区的少子输运从单一的扩散方式改善为扩散与漂移相结合的方式,促进短基区少子的纵向输运。仿真结果显示,梯度掺杂短基区具有更强的少子传输效率,相比于常规SiC LTT,具有梯度掺杂短基区的SiC LTT开通延迟时间缩短了36%。
作者:张经纬; 李晓辉; 谭国俊 单位:中国矿业大学; 电气与动力工程学院; 江苏徐州221000
摘要:SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)过短的短路承受时间增大了短路保护的难度,传统退饱和法较长的检测时间容易对SiCMOSFET造成严重冲击。印制电路板(PCB)罗氏线圈高带宽交变电流检测及反应灵敏的特性。使其适用于功率器件短路的快速检测。在SiCMOSFET发生短路时,利用PCB罗氏线圈配合复合式积分电路提取瞬态变化电流,进行反馈控制,有效缩短短路保护的延迟时间。通过软关断,减小关断过程中过高的电流变化率导致的过压对SiCMOSFET造成过大的冲击。实验结果表明,采用PCB罗氏线圈电流检测法能在短路发生第一时间迅速可靠地关断SiCMOSFET,实现短路保护。
作者:孙国胜; 张新和; 韩景瑞; 刘丹 单位:东莞市天域半导体科技有限公司; 广东东莞523808; 中国科学院半导体研究所; 北京100083
摘要:介绍偏晶向4H-SiC衬底上化学气相沉积(CVD)外延生长及其竞位掺杂方法。使用“热壁”CVD外延生长系统,在4英寸4°偏角n^+型4H-SiC衬底上进行了P型4H-SiC外延层及P型绝缘栅双极型晶体管(p-IGBT)器件用p^-n^+结构材料生长,利用CandelaCS920表征了100μm厚P型4H-SiC外延层表面缺陷及结构缺陷.典型表面缺陷为三角形缺陷和胡萝卜缺陷,3种结构缺陷分别是基晶面位错(BPD)、三角形肖克利型层错(SSF)和条形层错(BSF)。微波光电导衰退法(μ-PCD)测试表明,100μm厚P型4H-SiC外延层载流子寿命为2.29μs,采用二次离子质谱(SIMS)测试方法分析了不同铝(m)掺杂浓度的深度分布,最高Al掺杂浓度为2×10^19cm^-3。
作者:龙根; 罗志清; 查明; 赵锦波 单位:中国船舶重工集团公司第七二二研究所低频电磁通信技术实验室; 湖北武汉430205
摘要:针对碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在100kHz低频(LF)功放应用中出现的串扰问题,考虑SiCMOSFET寄生参数分阶段研究串扰过程,分析关键参数对串扰电压尖峰的影响,从而提出降低串扰尖峰的若干思路。为抑制串扰现象,采用无源抑制方法进行驱动设计,该驱动设计简单可靠,具有较高工程应用价值。最后,进行驱动对比实验,采用所提驱动设计对串扰的抑制效果显著,正、负向串扰电压尖峰比基本驱动电路分别降低73%和70%。
作者:马永兵; 欧阳文军 单位:南京信息职业技术学院; 江苏南京210023; 武汉华辰智算信息技术研究院; 湖北武汉430072
摘要:提出一种电流源型智能化抗电磁干扰(EMI)的有源中压栅极驱动电路,该驱动电路采用传统驱动芯片集成设计而来,不仅可提供先进的栅极驱动,且具备隔离保护和状态监测功能。采用15kV中压SiC绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件设计双脉冲测试平台进行对比传统电压源型驱动的实验,测试结果显示所提电流源型驱动在有效降低损耗的情况下,兼顾改善电流变化率,并具备快速关断和降低保护响应时间的优势。
作者:刘国友; 高云斌; 陈喜明; 李诚瞻 单位:新型功率半导体器件国家重点实验室; 湖南株洲412001; 株洲中车时代电气股份有限公司; 湖南株洲412001
摘要:SiC绝缘栅双极型晶体管(IGBT)兼具了导通损耗低、开关频率高的显著优势,已成为下一代高压开关器件的重点研究对象。然而,由于高质量的SiC衬底、外延材料制备不易,器件机理及工艺流程较为复杂,研究开发过程比较缓慢。通过针对性的器件物理建模,在此基于Silvaco软件完成了器件的正向导通特性仿真,分析了缓冲层及结型场效应晶体管(JFET)区对器件正向性能的影响,并基于以上结果进行了实际流片,测试结果基本符合理论预期。
作者:何亮; 郑介鑫; 刘扬 单位:中山大学; 电子与信息工程学院; 电力电子及控制技术研究所; 广东广州510275
摘要:氮化镓(GaN)功率电子器件具有优异的电学特性,在高速、高温和大功率领域具有十分广阔的应用前景,满足下一代功率管理系统对高效节能、小型化和智能化的需求。P型栅和Cascode结构的常关型GaN器件已逐步实现产业化,但鉴于这两种器件结构本身存在的缺点,常关型GaNMOSFET器件方案备受关注。目前,GaN功率开关器件主要朝高频化发展,封装形式从直插型(T0)封装向贴片式(QFN)封装演变,为进一步消除寄生效应对器件高速开关特性造成的不良影响,驱动和功率器件集成的GaN功率集成电路(IC)技术被采用,单片集成的全GaN功率IC是未来的发展方向。
作者:ZHANG; Yu-hao; PALACIOS; Tomas 单位:Department; of; Electrical; Engineering; and; Computer; Science; Massachusetts; Institute; of; Technology; Cambridge; 02139; United; States