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功率MOSFET低温动态特性研究

作者：杨广辉 Publish: 2006-8-14 Hits:-

【中文题名】

功率MOSFET低温动态特性研究

【英文题名】

The Dynamic Characteristics of Power-MOSFETs in Low Temperature

【学科专业】

电工理论与新技术

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2006-8-14

【中关键词】

功率MOSFET,低温,动态特性,等效电路模型,,

【英关键词】

power-MOSFETs,low temperature,dynamic characteristics,circuit-level model,

【分类导航】

工业技术>无线电电子学、电信技术>半导体技术>场效应器件>>

【论文摘要】

随着硅基功率MOSFET工艺水平的不断提高,器件的性能指标有了很大的突破,如通态电阻已经低于100mΩ、击穿电压已经达到1500V左右,它们正越来越接近硅材料的理论极限值,进一步提高这些性能参数的难度变的越来越大,因此,降低器件的工作温度,充分发挥硅材料的潜能,正逐渐成为一个重要的研究方向。由于功率MOSFET的作用是用来实现高速的开通和关断,绝大部分失效机理都发生在动态变化过程中,动态特性体现了功率MOSFET的精髓,低温动态特性研究有助于弄清楚器件的低温工作机理,分析低温下器件动态特性参数的变化规律,更好的使用低温功率MOSFET,对未来工程应用有重要的意义。本文通过大量实验,发现了可在77K~300K范围内稳定工作的功率MOSFET栅极驱动芯片,保证了低温动态特性测试结果的准确性,为未来低温功率器件的工程应用做出了贡献。严格按照器件动态特性测试规范要求,为纯阻性负载和非箝位感性负载两种条件设计出了驱动信号发生电路,并改进了低温容器和电源供电等环节,设计出了一套简单可靠的低温动态特性实验平台,对中等电压等级DMOSFET功率器件的动态特性参数进行了实验测试。实验结果发现,低温下功率MOSFET...

【论文题纲】

摘要	2-3
ABSTRACT	3-8
第一章引言	8-17
1.1 低温功率电子学的起源	8
1.2 常用功率器件的低温性能	8-9
1.3 功率MOSFET 低温动态特性研究的意义	9-10
1.4 潜在的应用领域	10-11
1.4.1 超导电工中的应用	10
1.4.2 核磁共振成像装置中的应用	10-11
1.4.3 太空探索中的应用	11
1.5 功率MOSFET 低温动态特性研究现状	11-14
1.6 本论文主要工作	14
参考文献	14-17
第二章功率MOSFET 动态特性分析	17-31
2.1 绪论	17
2.2 功率MOSFET 分类	17-18
2.3 功率MOSFET 动态特性原理	18-22
2.3.1 纯阻性负载条件	18-20
2.3.2 非箝位感性负载条件	20-22
2.4 基于电荷分布的功率MOSFET 动态特性分析	22-26
2.4.1 功率MOSFET 内部MIS 结特性分析	22-24
2.4.2 功率MOSFET 开通过程分析	24-26
2.5 开通过程极间电容变化规律	26-29
2.5.1 漏源电容	26-27
2.5.2 栅漏电容	27-28
2.5.3 栅源电容	28-29
2.6 小结	29
参考文献	29-31
第三章功率MOSFET 低温驱动电路的研究	31-39
3.1 绪论	31
3.2 典型参数和实验线路	31-33
3.2.1 IR2117	31-32
3.2.2 IR2153	32
3.2.3 MAX4420	32-33
3.3 实验方法	33-34
3.4 实验结果及分析	34-37
3.4.1 IR2117	34-35
3.4.2 IR2153	35-36
3.4.3 MAX4420	36-37
3.5 小结	37
3.6 低温驱动电路研究前景展望	37-38
参考文献	38-39
第四章低温动态特性实验平台和测试方法	39-48
4.1 绪论	39
4.2 实验平台的主要特点	39-40
4.3 纯阻性负载条件动态特性参数	40-41
4.4 非箝位负载条件动态特性参数	41
4.5 栅极驱动电路设计	41-43
4.6 变温环境设计	43-44
4.7 被测功率MOSFET 型号和参数列表	44
4.8 实验线路图	44-46
4.8.1 纯阻性负载条件	44-45
4.8.2 非箝位感性负载条件	45-46
4.9 实验流程	46-47
4.9.1 纯阻性负载实验流程	46-47
4.9.2 非箝位感性负载实验流程	47
4.10 结论	47
参考文献	47-48
第五章功率MOSFET 低温动态特性	48-60
5.1 纯阻性负载条件	48-55
5.1.1 绪论	48-49
5.1.2 IRFP460 实验结果	49-52
5.1.2.1 77K~300K 典型开关波形	49-50
5.1.2.2 动态特性参数变化规律	50-52
5.1.3 APT50208VFR 实验结果	52-55
5.1.3.1 77K~300K 典型开关波形	52-54
5.1.3.2 动态特性参数变化规律	54-55
5.1.4 小结	55
5.2 非箝位感性负载条件	55-58
5.2.1 77K~300K 实验结果	55-57
5.2.2 参数计算与分析	57-58
5.2.3 结论	58
5.3 本章小结	58-59
参考文献	59-60
第六章功率MOSFET 低温动态特性仿真研究	60-76
6.1 绪论	60
6.2 功率MOSFET 低温仿真综述	60-62
6.2.1 功率MOSFET 模型分类	60-61
6.2.2 功率MOSFET 低温仿真研究现状	61
6.2.3 本文低温仿真思路	61-62
6.3 温度对器件内部参数的影响	62-66
6.3.1 温度对杂质电离率的影响	62-63
6.3.2 温度对载流子迁移率的影响	63
6.3.3 温度对载流子产生与复合率的影响	63-64
6.3.4 温度对边界条件的影响	64
6.3.5 温度对极间电容的影响	64-66
6.3.5.1 漏源电容	64-65
6.3.5.2 栅漏电容	65-66
6.3.5.3 栅源电容	66
6.4 低温电路级仿真尝试	66-68
6.4.1 模型改进考虑的问题	67
6.4.2 改进模型中参数分析	67-68
6.5 低温仿真实例	68-72
6.5.1 求模型中参数值	68-69
6.5.2 仿真过程	69-70
6.5.3 仿真结果分析	70-72
6.6 本章小结	72-73
6.7 低温功率MOSFET 电路级仿真研究展望	73-74
参考文献	74-76
第七章全文总结	76-78
7.1 主要研究成果	76-77
7.2 研究前景展望	77-78
发表文章情况	78-79
致谢	79-80
论文答辩说明	80

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.344298



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