【摘 要】
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结温测量是功率半导体器件热表征、可靠性研究、状态监测以及健康管理的重要基础,其中温敏电参数法响应快速且无需破坏封装,十分适合于在线监测,被寄予厚望。而碳化硅MOSFET作为新一代宽禁带半导体器件,具有高压、高温、高频和低损耗的优异性能,正逐渐在航空航天、电力系统和电动汽车等领域得到广泛的应用。相较于传统的硅基器件,碳化硅器件的材料特性大不相同,其温敏特性也会因此存在较大差异。本文以碳化硅MOSFE
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结温测量是功率半导体器件热表征、可靠性研究、状态监测以及健康管理的重要基础,其中温敏电参数法响应快速且无需破坏封装,十分适合于在线监测,被寄予厚望。而碳化硅MOSFET作为新一代宽禁带半导体器件,具有高压、高温、高频和低损耗的优异性能,正逐渐在航空航天、电力系统和电动汽车等领域得到广泛的应用。相较于传统的硅基器件,碳化硅器件的材料特性大不相同,其温敏特性也会因此存在较大差异。本文以碳化硅MOSFET为研究对象,面向其结温在线监测技术,对碳化硅MOSFET的温敏电参数及其在线应用开展了研究。首先,为获取碳化硅MOSFET的温敏特性,建立了静动态参数温敏特性实验平台。其中,为实现高低温试验箱中器件的高温远程连接,分别在静动态参数温敏特性实验平台中选用了低电阻的特氟龙多股线和叠层设计下低电感的柔性印刷线路板。结合理论分析,揭示了碳化硅MOSFET的阈值电压,跨导,开通栅平台电压,开关延时,开关瞬态漏源极电流变化率和开通瞬态漏源极电压变化率与结温的线性关系,以及导通电阻与结温近似二次的变化关系。其次,对于不同应用工况,通过实验分析总结了驱动正向偏置电压、驱动电阻、母线电压和负载电流对碳化硅MOSFET各温敏电参数的影响规律,并对栅源极电压量、导通电阻、开关延时和开关变化率四类不同温敏电参数的在线提取方法进行了分析。最后,为评估偏置温度不稳定性对碳化硅MOSFET温敏电参数以及对结温测量结果的影响,建立了碳化硅MOSFET的偏置温度不稳定性实验平台。实验结果表明,负向偏置温度不稳定性的影响要大于正向偏置温度不稳定性的影响,且其中导通电阻及其结温测量结果所受到的影响较小。
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