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新能源汽車充電樁AC/DC功率轉換器的SiCMOSFET器件
成果編號

CG3742

項目名稱

新能源汽車充電樁AC/DC功率轉換器的SiCMOSFET器件

一、項目背景

近年來 ,基于化石能源日益短缺和全球提倡環保的大背景 ,新能源汽車行業的發展如火如 。   電樁 ,AC/DC功 率 轉 換 器 的 需 求 量 非 常 之 大 。  其 中,MOSFET具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩定性好 ,制造工藝簡單、抗輻射強等優點 ,是AC/DC率轉換器中的核心開關器件。而隨著器件的開關頻率、功率的不斷提升 ,基于傳統Si基MOSFET的發展逐漸受限。

使用第三代半導體碳化硅  (SiC)  材料迫在眉睫 ,其臨界擊穿電場比傳統Si材料高近10倍,具有3倍于Si的禁帶寬度和熱導率 ,飽和漂移速度是Si的2倍。使得在相同電壓下 ,SiC MOSFET具有非常薄的漂移區厚度和較高的摻雜 ,通態電阻大大降低;可以在高溫、  高輻照的環境中工作;在開關轉換過程中 ,存儲的電荷可以被快速抽取 ,滿足高頻需求;另外SiC MOSFET采用空氣制冷設計 ,這簡化電力系統的散熱系統 ,從而減少整機重量、  降低成本和設計復雜性。

二、項目簡介

本項目以SiC MOSFET如何降低通態電阻為中心展開研究 ,著重解決軍用SiC MOSFET芯片制造中的關鍵工藝如高溫離子注入及激活、低電阻高可靠歐姆接觸、低界面態柵氧工藝、  能場氧鈍化工藝 ,完善SiC MOSFET的工藝優化設計和制備。

通過探索和修正工藝方案和次序 ,使得柵源閾值電壓≤5V ,室溫漏源飽和電壓≤2V ,從各方 面提升SiC MOSFET芯片的靜態/動態性能并能達到一定的可靠性標準 ,最高工作結溫可達到 200℃。此外 ,本項目還將SiC MOSFET運用到新能源汽車AC/DC功率轉換器中,  優勢如下:

1. 可實現降噪部件的小型化。

2. 可實現高精度過熱保護功能 ,提高可靠性。

3. 搭載合適的柵極驅動電路 ,充分激發出SiC MOSFET的性能,  實現高效節能。

三、技術優勢

1.高溫可靠SiC MOSFET器件的歐姆接觸工藝:優化金屬與SiC高溫處理技術 ,利用高溫和惰 性氣體退火來消除金屬與SiC之間的肖特基勢壘,提高SiC基歐姆接觸。

2.高效穩定表面鈍化工藝技術:基于等離子體化學氣相沉積、低壓氣相沉積等技術積淀或其 他絕緣介質薄膜的屬性,獲得低漏電的SiC表面鈍化薄膜。

3. 自對準短溝道技術:通過離子注入掩膜的側向延伸將通過多晶硅氧化或氧化物側墻技術, 實現對SiC MOSFET電流導通能力的有效提升。

4.SiO2/SiC柵氧界面氧化工藝改善技術:

(1)  通過密度泛函理論和氧化實驗,創新研究SiO2薄膜與SiC襯底界面成分與結構 ,研究SiO2 薄膜的組分和結構的變化規律及SiO2/SiC結構的材料組分與結構隨溫度變化的規律。

(2)  研究與比較不同氧化條件和退火條件下SiO2/SiC內 部 電 荷 等 ,  同 時 改 變 與 優 化 實 驗 條

件,比較SiC基MOS電容器退火前后SiO2/SiC界面態密度。

(3)  創新優化氧化前處理溫度和氮化退火時間,根據不同的氧化和退火工藝對SiO2/SiC以   及 SiC/高k復合柵介質界面進行調控 ,尤其調控SiC MOS電容器的界面態密度 ,從而盡可能降低其對 溝道載流子的俘獲和散射。


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