SiC MOSFET电路模型及其短路特性

摘要

SiC MOSFET因具有耐压高、温度特性好、抗辐射能力强等优点,在功率变换器、航空航天电源等装置越来越受到青睐.然而,功率半导体器件有时因为人为因素或者负载故障会运行在短路和雪崩条件下,这种情况尽管一般非常短暂,但是会影响到器件的特性甚至引起器件失效.本文在Matlab/Simulink环境下建立了SiC MOSFET的用于电路仿真的模型,该模型考虑了SiC/SiO2界面重要物理参数—界面陷阱电荷,并在模型中集成了栅极氧化层的泄露电流模型和MOSFET结构中P阱区/N漂移区的PN结泄露电流模型.用有关文献的实验数据验证了所建立模型的准确性,并利用该模型讨论了SiC/SiO2界面陷阱电荷对工作在短路状态下的SiC MOSFET特性的影响.结果表明,短路能导致栅极驱动脉冲的退化,这种退化是由高温下电子通过Poole-Frenkel(PF)发射机制隧穿氧化层形成的泄露电流决定的,而界面电荷引起的电子Fowler-Nordheim(FN)势垒的降低并不会明显影响栅极氧化层的退化;界面陷阱密度的提高可减缓MOS器件的热应力进而减少注入氧化层的电子数量,从而增强器件的抵御短路应力的能力,延长器件失效的时间.