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短路中 SiC Mosfet 的瞬态热二维有限元分析 ...
了解电热 SiC 功率 Mosfet 在短路等极端异常操作中的行为是认证的主要需求，尤其是对于关键或长寿命应用。但模拟电子元件中的短路非常困难，因为我们需要一个完全电热的多物理模型。我们还需要模拟顶部铝电极的熔化。我们使用“表观热容量”方法来模拟这种熔化，该方法考虑了潜热和熔化过程中所需的吸收能量。因此，本文首次提出了一个数值有限元模型，该模型在 2D 中完全模拟了 SiC 功率晶体管在短路状态下的动态电热行为。与现有的 1D 模型相比，该模型的几何精度提供了显着的附加值。
使用最佳门源电压去极化在功率SIC MOSFET的短路操作下朝着安全故障模式
摘要 - 本文重点介绍了在短路条件下SIC MOSFET的鲁棒性水平的提高。在这项研究中，提出了两种允许在短电路操作下在平面电源MOSFET设备中确保安全的“失败”（FTO）模式的方法。这些方法基于栅极源电压的直接去极化及其根据FTO和经典不安全热失控之间的临界消散功率（W/mm²）的计算进行估计。他们允许确定门源电压的最大值，以在接近名义值的排水源电压下保留FTO模式。引入了FTO和“ Fafto-Short”（FTS）之间功率密度的边界。对竞争中的两种故障模式进行了完整的实验，该实验可能出现在1.2 kV SIC MOSFET的短路测试（SC）测试中。最后，研究了栅极源电压去极化对国家电阻（R DS（ON））的惩罚，以评估技术效率。
首先在1.2 kV SIC MOSFET身体二极管鲁棒性测试
1。上下文SIC MOSFET由于其强劲的损失而广泛用于新应用设计，并且具有高开关频率和高工作温度的功能。与氧化门相关的可靠性问题已经很好地解决，并且已经发表了许多有关阈值电压不稳定性的研究[1; 2]。使用车身二极管避免外部Schottky二极管[3; 4]。在本研究中，对1.2 kV的SIC MOSFET体二极管进行了压力并进行了研究，以确定使用时任何衰老或降解问题。
在特定的低闸门源电压偏置方面的SIC MOSFET的重复短路能力，以实现更健壮的极端操作
摘要 - 本文提出了在高排水源电压下重复定位的SC应力下的商用硅卡比德（SIC）MOSFET设备的短路（SC）性能。研究了两种方案，以评估栅极源电压（V GS）去极化和SC持续时间（T SC）降低的影响。V GS去极化可提供功率密度的降低，并允许在短路持续时间t scmax的情况下保持安全的故障模式（FTO：失败）。结果表明，SIC MOSFET V GS去极化不会降低T SCMAX时的SC循环能力。但是，使用V GS去极化允许将近1000个周期@T SC = 10 µ s的IGBT鲁棒性水平接近IGBT鲁棒性水平。 SC测试期间芯片温度演变的模拟表明，降解归因于SC周期期间的连接温度（T J）的升高，这导致顶部Al诱导裂纹融合到厚氧化物中。
具有软短路故障模式的 SiC 功率 MOSFET 中的栅极损伤积累和离线恢复
摘要 – 本文详细分析了特定类型的碳化硅 (SiC) 功率 MOSFET 的短路故障机制，该 MOSFET 具有安全的开路故障类型特征。结果基于广泛的实验测试，包括晶体管的功能和结构特性，专门设计用于实现逐渐退化和逐渐累积的损伤。结果表明，软故障特征与栅极源结构的退化和最终部分短路有关。此外，在退化的组件上观察到由临时离线偏置引起的部分恢复。结果表明，这是一种现实的新选择，可在应用中部署，以提高系统级稳健性和系统级跳转运行模式能力，这在许多可靠性关键领域（例如运输）中非常重要。
功率SIC MOSFET设备的失败降解相似性提交到短路应力和加速开关条件
2.2。方法论和实验结果，在每个脉冲之间，将重复的短路测试应用于DUT。测试条件为V ds = 600 V，V缓冲区= -5V/+18V和t情况=室温。已经进行了先前的研究[1，3]，以估计平均T SCWT（短路承受时间），约5 µs。找到了这段时间，设置了脉冲宽度的70％T SCWT（3.5 µs）的百分比。因此，防止热失控，然后防止了灾难性的排水量故障模式。SC中的所有测试设备仅显示栅极源降解。图2，第一个短电路事件（＃Cycle1，蓝线）和最后一个（＃Cycle400，红线）中的波形显示。在栅极电流（I G）上观察到的异常效应（电流凸起）可能是由于PCB（印刷板电路）寄生元件引起的电磁干扰以及相关的共同模式电流。
栅极源偏置电压和栅极泄漏电流对FTO型SIC功率MOSFET的短路性能的影响
最近已显示：损害累积和SC-FTO型设备的故障仅用于短路脉冲比给定临界值更长的短路脉冲，此后，栅极裂口电流明显增加； 由于热机械应力和随后的温度相关的顶部金属化挤出，降解和失效是在顶部SIO 2中产生裂纹的结果[1]； 遵守临时偏置条件，由于金属路径在设备顶部区域融合效果，因此可以恢复功能[2]。在此，提出和讨论了一个新的结果，即直接在门和排水之间流动的泄漏电流的检测，也影响晶体管的短路性能和稳健性，为此表明，短路期间门源偏置的值也起着重要作用。
基于全 SiC 隔离 DC-DC 转换器的直流电气化铁路固定（轨道旁）储能系统
摘要：目前，在欧洲的几条铁路网络中，使用传统的直流电气化系统，既无法增加交通量，也无法使机车以标称功率运行。轨道旁储能系统 (TESS) 可以作为新建变电站的替代解决方案。TESS 限制接触线电压下降并平滑高峰交通期间吸收的功率。因此，可以在限制成本和环境影响的同时提高电力系统的效率。本文提出了一种基于全 SiC 隔离 DC/DC 转换器的 TESS 新拓扑，该转换器与锂离子电池和电流隔离相结合，为运行安全提供了重大优势。发生故障时，转换器的输入和输出端子将电气分离，并且接触线电压绝不会直接施加到电池上。此外，使用 SiC MOSFET 可以获得具有高开关频率的出色效率。本文第一部分介绍了基本 TESS 模块的主要特性，第二部分针对 1.5 kV 直流线路的典型情况提出了一种尺寸确定方法，该方法表明了使用 TESS 增强电源的局限性。最后，介绍了基本模块原型的实验结果。
大气中子诱导的单个事件倦怠的失败分析
摘要。必须研究用于陆地环境中高可靠性应用的电子设备，必须研究中子引起的单个事件效应。在本文中，在ISIS-Chipir辐射后，对包装商业SIC Power MOSFET的大气样中性诱导的单事件倦怠（SEB）进行了实验性观察。建立了SEB在MOSFET的电性能中的影响，并通过扫描电子显微镜观察到SIC损坏的区域。基于在模具级别的失败分析，可以定义SEB机制期间的不同阶段。敏感体积，其中二级粒子沉积了足够的能量以触发SEB机制，并位于SIC N-Drift外延层附近附近的SIC N-Drift外延层中。
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。