基于碳化硅MOSFET变温度参数模型的器件建模与仿真验证

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碳化硅(SiC)是新型功率半导体材料之一,具有禁带宽、击穿电场高、热导率高、载流子漂移速率高、功率密集度高等诸多优点。以SiC材料为基础的功率半导体器件以优越的性能引起了广泛关注。其中,SiC MOSFET成为科研人员关注的热点。随着对SiC MOSFET研究的不断深入,建立精确的SiC MOSFET器件模型是亟待解决的问题之一,成为研究的焦点。本文依托于国网智能电网研究院"1200V SiC MOSFET器件制备及应用特性关键技术研究”项目,针对SiCMOSFET器件建模展开了研究工作。本文调研了大量功率器件模型,对前人的模型进行了总结分析,没有采用物理模型和传统的硅(Si) MOSFET模型,而采用功率半导体界普遍认可的变温度参数建模方法。本文以市场上使用最广的CREE公司第二代SiC MOSFET器件为例,进行建模原理的分析与介绍。本文首先对CREE公司提供的Spice标准测试模型进行了静态特性与动态特性测试,把此结果作为标准。然后,重点介绍了在PSpice软件中建立SiC MOSFET变温度参数模型的全过程。对从技术手册中选取建模需要的参数进行了详细介绍,给出了温控电阻、温度控制电压源、温度控制电流源在PSpice软件中建模的具体方法,对未来的研究工作具有指导意义。将静态模型在不同温度点下的仿真结果与Spice标准测试模型的测试结果进行对比,验证模型在不同温度点下的有效性与准确性。最后,对动态建模进行了分析介绍,根据半导体器件理论知识,改变了前人对于静态模型组成的划分方法,将体二极管建模归为动态建模部分,使建模更科学。对于影响动态特性的关键部分进行了详细介绍。将动态仿真结果与Spice标准测试模型的测试结果进行对比,验证模型动态特性的准确性。
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