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Ψ-MOSFET 的制造和特性
近年来，微电子技术发生了巨大的变化，现代 CMOS 技术使集成电路的性能和复杂性稳步提高。图 1(a) 显示了传统 n 型体硅 MOSFET 的示意图，它由 p 型衬底内重度 n 型掺杂的源极和漏极区组成。此外，MOSFET 的栅极电极长度为 L，宽度为 W，栅极电极通过厚度为 d ox 的绝缘体（通常为 SiO 2 ）与体硅衬底绝缘。源极-通道和通道-漏极界面处的两个 pn 结（见图 1(b)）可防止电流从源极流向漏极。施加正栅极电压 V gs > V th ，会在通道/栅极氧化物界面处创建反型层（p 型衬底中的电子）。在这种情况下，如果施加额外的漏极-源极偏压 V ds，电流就可以流过该器件。
电动汽车中碳化硅 MOSFET 的回顾
摘要 与硅基绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 相比，碳化硅 (SiC) 金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 具有更高的工作温度、开关速度和开关频率的特点，被认为是未来电驱动的下一个进化步骤。SiC MOSFET 在电动汽车领域的应用带来了许多好处，例如更高的效率、更高的功率密度和简化的冷却系统，并且可以看作是大功率快速电池充电的推动者。本文回顾了 SiC MOSFET 在不同电动汽车 (EV) 应用场景中的优势，包括牵引逆变器、车载转换器和非车载充电应用。然而，用 SiC MOSFET 取代 Si-IGBT 带来了一些新的技术挑战，例如更强的电磁干扰 (EMI)、可靠性问题、由于高瞬态电压导致的潜在电机绝缘故障以及冷却困难。与成熟的硅基半导体技术相比，这些挑战迄今为止阻碍了 SiC MOSFET 在汽车应用中的广泛采用。为了充分利用 SiC MOSFET 在汽车应用中的优势并提高其可靠性，本文探讨了 SiC MOSFET 模块封装和驱动器设计的未来技术发展，以及具有更高开关频率的新型电机驱动策略和优化的高频机器设计。
SiC MOSFET 软故障模式和硬故障模式
摘要 — 本文首先讨论了在短路电热应力下 1200 V SiC 功率 MOSFET 中产生短路故障或开路故障特征的判别现象。由于开路故障行为与应用特别相关，本文接着提出了对一些商用器件的基准测试，确定了一款产品，该产品在偏置电压高达额定值的至少 50% 的情况下，能够提供一致的开路故障特性。对于该特定器件，我们将提供全面的功能和结构特性。具体而言，本文表明：栅极电流是短路应力下随后发生的退化的有效监测器，可用于评估损伤积累以及器件退化的可逆性或永久性；开路故障特征与栅极结构的退化有关，在距离有源单元相对较远且不涉及场氧化物的区域中，栅极和源极端子之间会产生短路。该发现与分立器件和多芯片功率模块（包括多个并联连接的芯片）的应用相关。
采用高压超结 MOSFET 的线性模式运行
现代高压功率 MOSFET 的发展催生了超快开关和超低电阻器件。最新的英飞凌 CoolMOS™ 第 7 代技术在 600 V 至 950 V 的电压等级范围内提供无可争议的一流 R DS(on)。英飞凌的技术领先地位不仅使新的更小封装（如 ThinPAK 5x6 或 SOT-223）成为可能，而且还使现有封装中 R DS(on) 值小得多的 CoolMOS™ 产品成为可能。仅在十年前生产的类似功率半导体需要至少三倍的面积才能实现相同的性能。换句话说，前几代功率 MOSFET 的 R DS(on) 至少是现代 CoolMOS™ 第 7 代芯片（具有相同的芯片面积）的三倍。然而，SJ MOSFET 技术向超快开关发展的进步也带来了某些缺点。尽管现代高压 SJ MOSFET 因其开关模式 (SM) 操作而受到赞赏，但它们也存在一些不适合某些应用的局限性。有两个特点值得注意：首先，最新的 HV SJ MOSFET 的安全工作区 (SOA) 图变窄了。面积减小的原因是，对于给定的通道上电阻 (R DS(on) )，当今最先进的功率 MOSFET 使用的硅片面积要小得多。不幸的是，这也意味着特定 R DS(on) 的功率处理能力 (P tot ) 会降低，因为热阻值 (R th 和 Z th ) 会随着芯片面积的减小而增加。这可以用以下公式来解释：
高电流应用中的平行功率MOSFET
6 Increase of losses at the MOSFET with lowest V GS(th) ................................................................... 14 6.1 2 MOSFETs in parallel ............................................................................................................................ 14 6.2 4 MOSFETs in parallel ............................................................................................................................ 16 6.3 6 MOSFETs in parallel ............................................................................................................................ 18 6.4 Increase of worst case losses in relation to number of MOSFETs in parallel ...................................... 19
NH3 退火 4H-SiC 沟槽 MOSFET 中的隧穿效应
摘要。栅极氧化物和碳化硅 (SiC) 之间的界面对 SiC MOSFET 的性能和可靠性有很大影响，因此需要特别注意。为了减少界面处的电荷捕获，通常采用后氧化退火 (POA)。然而，这些退火不仅影响器件性能，例如迁移率和导通电阻，还影响栅极氧化物的可靠性。我们研究了 NH3 退火 4H-SiC 沟槽 MOSFET 测试结构的氧化物隧穿机制，并将其与接受 NO POA 的器件进行比较。我们发现，NH3 退火 MOS 结构存在 3 种不同的机制，即陷阱辅助隧穿 (TAT)、Fowler-Nordheim (FN) 隧穿和电荷捕获，而在 NO 退火器件中仅观察到 FN 隧穿。隧穿势垒表明，有效活化能为 382 meV 的陷阱能级可实现 TAT。
SiC 和 Si 功率 MOSFET 中 BTI 的异同
摘要 — 偏置温度不稳定性 (BTI) 不仅在 4H 碳化硅 (4H-SiC) 功率 MOSFET 中是一个严重的可靠性问题，在 Si 技术中也是如此。尽管之前的研究表明，与 Si 相比，某些 SiC 器件的 BTI 漂移较大，但我们表明，通过改进器件工艺，现代 SiC 中的 BTI 可能变得不那么重要。正如将要展示的，NBTI 甚至可以降低到与 Si 功率 MOSFET 类似的漂移水平。此外，我们证明 SiC 和 Si 器件中的 BTI 具有许多共同的特征，例如可比的时间和电压变化。因此，SiC MOSFET 中的 BTI 可以用相同的经验和简单物理模型来描述，因此与基于 Si 的器件一样可预测。此外，这表明 SiC 和 Si 功率 MOSFET 中的 BTI 是由相同的物理退化原因引起的。
未来一代 MOSFET 的电介质/SiC 接口展望
Daniel J. Lichtenwalner1，A*，Sei-hyung Ryu1，B，Brett Hull1，C，Scott Allen1，D和John W. Palmour1，E Aaniel J. Lichtenwalner1，A*，Sei-Hyung Ryu1，B，B，BRETT HULL1，BRETT HULL1，C SCOTT HULL1，C，C，C，C，SCOTT ALLEN1，D. U1，B，Brett Hull1，C，Scott Allen1，D和John W. Palmour1，E Daniel J. Lichtenwalner1，A*，Sei-Hyung Ryu1，B，Brett Hull1，C，Scott Hull1，C，Scott Allen1，d和John W. John W. Palmour1，E Daniel J. Lichtenwalner1，A*，Sei-Hyung Ryu1，B，Brett Hull1，C，Scott Allen1，D和John W. Palmour1，E Daniel J. Lichtenwalner1，A* Sei-Hyung Ryu1，B，Brett Hull1，C，Scott Allen1,d，以及 John W. Palmour1,e Daniel J. Lichtenwalner1,a*，Sei-Hyung Ryu1,b，Brett Hull1,c，Scott Ryu1,b、Brett Hull1,c、Scott Allen1,d 和 John W. Palmour1,e Daniel J. Lichtenwalner1,a*、Sei-Hyung Ryu1,b、Brett Hull1,c、Scott Allen1,d 和 John W. Palmour1,e Daniel J. Lichtenwalner1,a*、Sei-Hyung Ryu1,b、Brett Hull1,c、Scott Allen1,d 和 John W. Palmour1,e Daniel J. Lichtenwalner1,a*、Sei-Hyung Ryu1,b、Brett Hull1,c、Scott Allen1,d 和 John W. Palmour1,e Daniel J. Lichtenwalner1,a*、Sei-Hyung Ryu1,b、Brett Hull1,c、Scott Allen1,d 和 John W. Palmour1,e Daniel J. Lichtenwalner1，A*，Sei-hyung Ryu1，B，Brett Hull1，C，Scott Allen1，D和John W. Palmour1，E Daniel J. Lichtenwalner1，A*，Sei-Hyung Ryu1，B，B，B，Brett Hull1，C，Brett Hull1，C，Scott Hull ，Brett Hull1，C，Scott Allen1，D和John W. Palmour1，E Daniel J. Lichtenwalner1，A*，Sei-Hyung Ryu1，B，Brett Hull1，C，Scott Allen1，D，D，D。 Our1，E Daniel J. Lichtenwalner1，A*，Sei-Hyung Ryu1，B，Brett Hull1，C，Scott Allen1，D和约翰·W·帕尔默1,e