概述

寻求意向单位合作开展有关碳化硅功率变换器电磁干扰建模及驱动优化设计研究

需求详情

1、技术需求描述1.1 技术需求参数（1）双层空心电感的开通电流过冲为13.7 A，单层空心电感的开通电流过冲为6.1 A；（2）采用顺序排列平铺结构型、顺序排列叠层结构型和环形排列叠层结构型直流母排对应的漏源极关断电压过冲分别为138 V、105 V和82 V。（3）栅极-源极电压：-8/+19V；（4）脉冲漏极电流：251A；（5）功耗，TC+25℃：271W；（6）工作结温和存储温度：-40+150℃。1.2 技术指标（1）提交《国产碳化硅器件电磁骚扰传导机制及驱动优化设计研究》技术报告；（2）申请发明专利3项； （3）发表核心期刊或三大检索论文1篇。2、行业代表性从上世纪九十年代开始，以美国、欧洲和日本为代表的西方国家对基于 SiC材料的功率器件进行了大量长期的研发。SiC 电力电子器件产业的发展都不约而同地遵循以政府投入为先导，大型跨国巨头公司积极跟进的发展路线。以美国通用电气、仙童公司、德国英飞凌、日本罗姆、三菱、富士、东芝等为代表。CREE 研制的 1200V SiC MOSFET芯片导通电阻为 10 mΩ·cm2，正向电流 100A，而器件的尺寸为 7mm×7mm，只有 Si 器件的 5%。据报道，SiC MOSFET 阻断电压已经达到15kV，正向电流达 20A。随着阻断电压和导通电阻等器件性能不断提高，器件可靠性尤其是长期可靠性研究也获得了肯定。随着 SiC 技术的进步，SiC MOSFET 的性能不断提高。目前在低压领域实现了产业化，商业产品电压等级在 600V-1700V。CREE 公司在 2011 年量产 1200V/20A SiC MOSFET，2012 年量产1700V SiC MOSFET。此外，罗姆公司2013 年推出了1700V/100A 和1200V/250A的全 SiC 功率模块。三菱、罗姆、GE 等公司也分别发布了 SiC MOSFET 产品，这将引领更大的市场增长。国外碳化硅 MOSFET 产品已经达到第三代，器件的损耗已经有明显的降低，先进产品水平已经到达 10-12mΩ·cm2 之间。损耗的降低主要是在芯片工艺上基本解决了栅氧沟道载流子迁移率低、界面态密度高、欧姆接触电阻大等核心工艺问题的基础上，在芯片结构上各个不同部分的掺杂浓度厚度已经针对不同特性要求进行精细化控制。近年来，我国也越发重视碳化硅电力电子器件的研究。2016 年，国务院印发了《“十三五”国家科技创新规划》，启动了一批面向 2030 年的重大科技项目，其中，包括碳化硅在内的第三代半导体被列为国家科技创新 2030 重大项目“重点新材料研发及应用”的重要方向之一。但无论是碳化硅材料的制备，还是碳化硅器件的研发和生产等方面，我国与国际先进水平之间还存在着不小的差距。国内的科研院校在碳化硅功率器件方面做了很多研究，也取得了许多实质性的成果，初步建立起了相对完整的碳化硅体系产业链。在 SiC MOSFET 方面，西安电子科技大学、中科院微电子所、中电集团 55 所、全球能源互联网研究院有限公司（简称“联研院”）已相继研制出了 900V、1200V、1700V 和 3300V 的 SiC MOSFET 样品，而国内第一片量产的6 英寸碳化硅 MOSFET 晶圆已于 2018 年 5 月在上海瞻芯电子诞生，晶圆级的测试结果表明，其各项电学参数均已达到预期。但国内碳化硅MOSFET 仍然处于样品研发阶段，1200V 碳化硅 MOSFET 样品的比导通电阻实验结果普遍在 15mΩ·cm2 以上。其中，沟道区电阻占据较大比例，采用剂量调制技术，可以减小沟道区域电阻，实现低损耗的碳化硅 MOSFET。3、需求合理性与传统的硅器件相比，碳化硅功率器件的开关速度更快，可以减小无源器件的体积和重量，提高功率变换器的功率密度；但是，由于碳化硅功率器件产生高dv/dt和di/dt,导致功率变换器产生严重的电磁干扰，需要研究碳化硅功率变换器的电磁干扰特性，分析其对二次设备电磁干扰的传导机制。如何建立准确反映碳化硅功率器件开关特性的行为模型，精确评估高频工作状态下器件的电磁干扰特性，分析寄生参数对器件开关特性的影响，是公司目前主要的研究方向。通过本项目的研究可以帮助公司实现电子元器件产品的升级，提高公司产品市场份额，符合公司发展需求。4、技术需求创新性SiC MOSFET是一种理想的开关器件和线性放大器件，具有开关速度快，开关损耗低；保真度高，非线性失真小；工作频率高，频率响应好；热稳定性高，安全工作区宽；输入阻抗高，增益大，驱动功率小，驱动电路简单等优点，将大幅度提高能源转换效率，在功率器件中占有极为重要的地位。国际上平面型碳化硅MOSFET技术体系已经比较成熟，器件可靠性高，已经有650V、1200V、17【预期目标】（1）提出碳化硅功率器件驱动电路优化设计方法；（2）建立基于碳化硅功率器件直流变换器的传导电磁干扰模型；（3）提出基于碳化硅功率器件直流变换器的传导电磁干扰抑制方法。【技术指标】（1）双层空心电感的开通电流过冲为13.7 A，单层空心电感的开通电流过冲为6.1 A；（2）采用顺序排列平铺结构型、顺序排列叠层结构型和环形排列叠层结构型直流母排对应的漏源极关断电压过冲分别为138 V、105 V和82 V。（3）栅极-源极电压：-8/+19V；（4）脉冲漏极电流：251A；（5）功耗，TC+25℃：271W；（6）工作结温和存储温度：-40+150℃。