[发明专利]一种碳化硅MOSFET导通电阻特性的建模方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅MOSFET导通电阻特性的建模方法。搭建可控环境温度测试平台，在不同测试温度下测试碳化硅MOSFET，获得不同测试温度下的电流‑电压特性，再输入到直流等效电路模型，采用最小二乘法处理获得各个测试温度下的剩余电阻，用幂次函数曲线拟合获得剩余电阻‑温度特性曲线；用导通电阻减去剩余电阻得沟道电阻，用幂次函数曲线拟合沟道电阻‑温度的特性曲线；将沟道电阻与剩余电阻之和作为导通电阻，由此获得导通电阻特性。本发明方法能够分析碳化硅MOSFET导通电阻的组成部分沟道电阻和剩余电阻在不同温度下占总导通电阻的比例，能够用于评估碳化硅MOSFET器件沟道界面的品质，提供参考。

技术领域

本发明属于功率器件领域的大信号等效电路统计模型建模方法，特别涉及了一种碳化硅MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)导通电阻特性的建模方法。

背景技术

相比于传统硅(Si)材料，碳化硅(silicon carbide,简称SiC)材料因其更宽的禁带宽度(3.26eV)，更高的热导率，和更高的临界击穿场强，在大功率开关电路和电力系统应用领域得到了广泛的关注。SiC功率器件最突出的性能优势在于其高压、高频和高温工作特性，可以有效地降低电力电子系统的功率损耗。

目前，国际上以美国Cree公司，日本Rohm公司等为代表的半导体器件厂商，已在SiC MOSFET器件产品化道路上取得了巨大进展。现阶段，除了Rohm公司最新推出的沟槽型SiC MOSFET，商用SiC MOSFET产品绝大多数为N沟道平面垂直结构。在2010年和2013年分别生产出第一代和第二代1200V SiC MOSFET后，Cree公司于2015年推出了基于第三代技术的900V平面型SiC MOSFET。作为行业内第一款900V SiC MOSFET，这一产品不仅拓展了SiCMOSFET产品的电压等级，更表现出比同等级Si基超级结MOSFET更低的导通电阻。

由于半导体材料对温度变化十分敏感，环境温度的改变对SiC功率器件的工作特性有着不可忽略的影响。功率MOSFET，在低温下，由于本征载流子浓度的降低以及载流子迁移率和载流子平均自由程的提高，其阀值电压将略有升高，通态阻抗将大幅度下降，击穿电压将降低。

导通电阻RDS,on为影响器件工作时导通损耗的一重要特征参数，其数值会随栅极电压Vgs以及环境温度T的变化而改变。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供了一种碳化硅MOSFET导通电阻特性的建模方法。

为实现上述目的，本发明提供了采用以下步骤的技术方案：

S1，搭建可控环境温度的测试平台；

S2，在可控环境温度的测试平台上，在不同测试温度下测试碳化硅MOSFET，获得碳化硅MOSFET不同测试温度下的电流-电压特性；

S3，将电流-电压特性输入到碳化硅MOSFET的直流等效电路模型，采用最小二乘法通过matlab来提取处理获得碳化硅MOSFET在各个测试温度下的阈值电压V_T和剩余电阻R_s，进而用幂次函数曲线拟合获得剩余电阻R_s-温度T的特性曲线；

S4，每个测试温度下，用碳化硅MOSFET的导通电阻减去剩余电阻得到碳化硅MOSFET的沟道电阻R_ch，碳化硅MOSFET的导通电阻是用漏源电压Vds除以漏源电流Ids获得的，进而得到碳化硅MOSFET的沟道电阻R_ch随温度的变化关系，用指数函数曲线拟合沟道电阻R_ch-温度T的特性曲线。

S5，将碳化硅MOSFET的沟道电阻R_ch与剩余电阻R_s之和作为碳化硅MOSFET的导通电阻，由此获得导通电阻特性。