1200V碳化硅sic功率器件测试及建模

随着电力电力电子技术逐渐向高压大电流方向发展，传统的 Si 基器件由于损耗大、开关速度慢、耐压低等缺点逐渐被 SiC（碳化硅）器件所取代。其中 1200V碳化硅功率器件应用最为广泛，小电流器件主要应用于车载 OBC（车载充电器）、充电桩中，大电流主要用于轨道交通、高压输电领域。因此对器件应用提出了很高的要求。

然而半导体器件测试是了解其性能的基础，目前在 SiC 器件测试上继续沿用Si 基器件测试标准 IEC60747-2/8，Si 基低电压小电流下没有涵盖大电流大电压下测试带来的器件发热、“打火”、吸片等一系列问题。且测试方面目前都是分块进行测试，没有针对晶圆到封装的全套测试文献供参考。而器件建模是依据测试数据进行的，目前建模上主要分为物理模型和行为模型两种，物理模型基于半导体物理，在电学特性上大多采用分段拟合，容易造成仿真不收敛的问题。而少数的行为模型又存在模型复现困难，移植性差的问题。因此对 SiC 器件从晶圆到分立器件进行全套的测试，并依据器件测试数据建立相对应的器件仿真模型具有十分重要的意义。本文主要研究工作如下：

(1) 分析了 1200V 20A SiC SBD（肖特基二极管）器件的基本物理结构及相关的电学特性，对 1200V 20A SiC SBD 从晶圆到封装的 TO 器件进行了静态测试，并选取 45 颗器件进行了 3 项可靠性试验。针对测试数据运用物理模型的方法建立了 1200V 20A SiC SBD 仿真模型。模型能够精确仿真导通压降随温度的变化关系，且模型能够移植到 MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管）体二极管模中。

(2) 对 1200V 30A SiC MOSFET 器件从晶圆到封装的分立器件进行了静态测试，并对失效的器件做了失效定位分析。在静态测试基础上搭建了动态测试平台，测试了 TO 器件的开关延迟时间及损耗，并验证了栅极驱动电阻对波形开关速度的影响。采用行为模型建模方式对 1200V 30A SiC MOSFET 建模，模型拟合参数少且在变温度输出特性上拟合精度高。模型上考虑结电容随反偏电压的变化，将CGD（栅漏电容）采用非线性函数拟合。最后在仿真电路中提出一种 MOSFET 寄生电容的提取方法。方便建模数据与实测数据的对比。