碳化硅MOSFET電熱耦合模型及分析

呂秀婷，譚平安

（湘潭大學信息工程學院，湘潭411105）

碳化硅MOSFET電熱耦合模型及分析

呂秀婷，譚平安

（湘潭大學信息工程學院，湘潭411105）

為在Matlab/Simulink環境下準確預測碳化硅SiC（silicon carbide）功率器件在實際工況下的結溫變化，針對SiC MOSFET器件提出了一種基于時變溫度反饋的電熱耦合模型建模方法。該方法能更好地反映SiC MOSFET在導通和開關過程中的性能特點，模型從器件物理分析和工作機理出發，將功率損耗和熱網絡模塊引入建模，實時反饋器件結溫和更新溫度相關參數。采用CREE C2M0160120D SiC MOSFET器件進行測試，根據制造商數據手冊和測試實驗中提取，仿真結果證實了該建模方法的正確性，為器件的壽命預測和可靠性評估提供了研究基礎。

碳化硅；MOSFET；電熱耦合；Matlab/Simulink

引言

近年來，隨著變流器的功率、頻率的不斷提升，傳統硅Si（silicon）材料本身物理性能的缺陷逐漸顯現。為滿足高效率和高功率密度的社會需求，SiC MOSFET器件受到越來越多的關注［1-2］。然而，對于SiC MOSFET來說，大容量高壓高頻的應用場合對其可靠性提出了更高的要求?，F有研究結果表明，功率器件結溫的變化是影響其可靠性及使用壽命的重要因素，結溫升高導致電子遷移率增大，氧化層中電荷的分布改變，引起內部參數的退化，比如電阻偏離標準值、閾值電壓漂移、跨導降低、最大允許功耗下降等，大大降低了器件的可靠性和工作壽命［3］。因此，建立能夠反映實際工況下結溫動態變化的SiC MOSFET電熱耦合模型，對器件壽命預測和可靠性評估以及系統級建模和工程分析有著至關重要的作用?！?br>