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针对高可靠性和高性能优化的1200V碳化硅沟道MOSFET

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  • 标题:1200V SiC Trench-MOSFET Optimized for High Reliability and High Performance
  • 摘要
  • 信息解释
  • 研究了什么
  • 文章创新点
  • 文章的研究方法
  • 文章的结论

标题:1200V SiC Trench-MOSFET Optimized for High Reliability and High Performance

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摘要

本文详细分析了新开发的Infineon 1200V CoolSiC™ MOSFET的典型静态和动态性能,该器件的设计目标是45 mΩ的导通电阻。为了与各种标准门极驱动器兼容,该器件的门压范围设计为在关态下为-5 V,在开态下为+15 V。经过长期门氧寿命测试,发现该器件的外在故障演化遵循线性E模型,这允许在规定的使用条件下对设备寿命内的故障率进行自信的预测,其20年内的故障率为0.2 ppm。

信息解释

当半导体器件在使用过程中,由于某种原因,如电场、温度、电压应力等导致了氧化物的损伤,这些损伤最终可能会导致器件失效。 E模型(Extrinsic Model) 是一种半导体器件外在故障(extrinsic failure)的预测模型,它可以用来预测半导体器件失效率。E模型通常用于预测器件的氧化物损伤造成的故障率。

E模型假设氧化物损伤是由电场强度在氧化物中产生的缺陷引起的,并且假设缺陷密度与电场强度之间存在一个线性关系。这个线性关系可以用下面的公式来表示:

N(t) = N0 + αEt

其中,N(t)是时间t后的缺陷密度,N0是初始缺陷密度,α是一个常数,E是电场强度。

在使用E模型进行故障率预测时,需要知道器件的使用条件,例如电压、温度、应力等,并且需要进行长期的寿命测试,以确定初始缺陷密度和常数α的值。然后,使用上述公式可以预测器件在给定使用条件下的失效率。

需要注意的是,E模型只适用于预测由电场强度引起的氧化物损伤造成的故障率,不适用于其他类型的故障。因此,在使用E模型进行故障率预测时,需要仔细考虑器件的使用条件和故障模式。

0.2 ppm代表0.00002%。ppm是"parts per million"的缩写,用于表示一种物质在另一种物质中的浓度,表示单位为每百万个单位中有多少个部分。在这种情况下,0.2 ppm表示在每一百万个器件中,有0.2个器件在规定的使用条件下在20年内发生故障。

同步整流技术是一种电源电路技术,用于提高开关电源的效率。在传统的开关电源中,输出端需要使用二极管来整流,但二极管有一个固定的正向压降,会导致能量的损失。同步整流技术通过在开关管上增加同步整流管,使得在输出端的整流过程中,电流只流向负载,而不会流向二极管,从而减小能量损失。同步整流技术的主要优点是提高了电源的效率、降低了电源的热损耗和体积,同时也有助于减少电路噪声和提高输出电压质量。

研究了什么

该文章研究了一种新开发的英飞凌1200V CoolSiC™ MOSFET的性能,该器件旨在提高可靠性和性能。该研究分析了MOSFET的典型静态和动态性能,包括其电容、门电荷特性、开关损耗和控制电压斜率的能力。该研究还包括长期门氧化寿命测试,以预测器件在指定使用条件下的故障率。

文章创新点

该文章的创新点包括:

  • 开发一种新的英飞凌1200V CoolSiC™ MOSFET,旨在提高可靠性和性能。
  • 分析MOSFET的典型静态和动态性能,包括其电容、门电荷特性、开关损耗和控制电压斜率的能力。
  • 包括长期门氧化寿命测试,以预测器件在指定使用条件下的故障率。
  • 设计MOSFET具有较小的栅漏反向电容Crss,相对于输入电容Ciss,这有利于在半桥配置下防止MOSFET的寄生反向开启和精密门驱动电路。
  • 使用TO-247封装的第四个引脚,用于从门极驱动器到源极的连接,以避免任何源漂移电感引起的负反馈。
  • 建议采用同步整流来减少反向导通模式下的静态损耗,通过打开通道,从而在25℃时得到33 mΩ的导通电阻,在175℃时得到66 mΩ的导通电阻。

文章的研究方法

通过各种测试和测量分析新开发的MOSFET的性能,包括长期门氧化寿命测试、电容测量、门电荷特性、开关损耗和控制电压斜率的能力。该研究还包括使用4引脚TO-247封装的门极驱动器连接到源极,以避免任何源漂移电感引起的负反馈。

文章的结论

该文章详细分析了一种新开发的英飞凌1200V CoolSiC™ MOSFET的典型静态和动态性能,旨在提高可靠性和性能。MOSFET的设计具有较小的栅漏反向电容Crss,相对于输入电容Ciss,这有利于在半桥配置下防止MOSFET的寄生反向开启和精密门驱动电路。该研究还包括长期门氧化寿命测试,以预测器件在指定使用条件下的故障率。该文章提供了有关MOSFET的电容、门电荷特性、开关损耗和控制电压斜率的见解,这对于从事功率电子领域的研究人员和工程师可能很有用。

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