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[2018年IEEE第六届宽禁带功率器件与应用研讨会(WiPDA) - 美国佐治亚州亚特兰大市(2018.10.31-2018.11.2)] 2018年IEEE第六届宽禁带功率器件与应用研讨会(WiPDA) - 新一代1.2千伏碳化硅MOSFET的短路耐受能力

DOI：10.1109/WiPDA.2018.8569077 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 新一代基于碳化硅(SiC)的MOSFET器件已由制造商实现商业化，其芯片尺寸更小且功率密度更高，性能较前代产品有显著提升。由于芯片尺寸缩小，在短路(SC)等工况下可用于耗散能量的体积减少，导致器件自热效应加剧，因此短路耐受时间(SCWT)相应缩短。作为可靠性考量，需要分析这些器件在极端工况(如短路)下的鲁棒性，以便改进设计或为特定易受短路影响的MOSFET应用场景开发更优的检测与?；さ缏?。本研究测量了Wolfspeed公司采用TO-247-4引脚封装(芯片尺寸更小)的第三代1.2kV SiC MOSFET的短路耐受特性。通过破坏性短路测试，分析了不同直流母线电压、栅极偏置电压、短路脉冲持续时间及自热行为下的器件失效机理。实测数据显示：在800V直流母线电压下，该器件的SCWT为2μs；而采用更大芯片尺寸和TO-247-3引脚封装的第二代1.2kV器件SCWT为4.5μs。配备开尔文源极接触的器件相比无开尔文源极的同类产品，表现出更高的峰值短路电流。
作者： Bhagyalakshmi Kakarla，Thomas Ziemann，Roger Stark，Philipp Natzke，Ulrike Grossner
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为分析新一代1.2千伏碳化硅MOSFET的短路耐受能力，重点研究其在极端工作条件下的性能表现以及开尔文源极接触等设计特征的影响。

研究成果

第三代1.2千伏碳化硅MOSFET相比第二代产品展现出更高的短路峰值电流和更低的短路等待时间，这主要归因于更小的芯片尺寸和更高的功率密度。开尔文源极接触的存在会影响短路行为，从而产生更高的峰值电流。建议采用先进的封装和设计策略来提升短路条件下的可靠性。

研究不足

该研究的局限性在于测试是在特定条件下进行的，包括直流链路电压和栅极偏置电压的范围。研究结果可能不适用于所有运行条件或器件设计。

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