基于Pspice的SiC晶闸管等效电路模型研究

摘要

碳化硅(SiC)是第三代半导体材料之一，具有禁带宽、临界雪崩击穿电场强、热导率高、载流子漂移速率高、化学性质稳定等诸多优点。因此，使用SiC制作的功率半导体器件具有优越的性能并已引起广泛关注。其中，SiC晶闸管以耐压高、通流能力强等优势引起科研人员的关注。随着对SiC晶闸管研究的不断深入，建立精确的SiC晶闸管器件模型已成为亟侍解决的问题之一。本文针对GencSiC公司生产的6500V/40A SiC晶闸管为研究对象，采用器件模拟软件和电路仿真软件相结合的方法，开展SiC晶闸管Pspice等效电路模型的研究。主要的研究工作和结果如下： 1.探索了构建SiC晶闸管的2T-3R-3C等效电路模型可行性。在分析SiC晶闸管的工作原理的基础上，依据SiC材料的特性及其晶闸管内部载流子输运机制，考虑常温下杂质不完全电离等特有的效应，论证了SiC晶闸管等效电路模型建立的可行性。 2.采用复合建模思路结合变温参数建模法，建立了基于Pspice的6500V/40ASiC晶闹管的等效电路。在对SiC pnpn晶闸管的器件静态和动态特性进行器件模拟的基础上，分别提取SiC晶闸管的顶部pnp晶体管和底部npn晶体管的主要参数，用以等效电路建模。器件的静态特性通过电阻模型和晶体管模型来体现，器件的动态特性通过结电容的模型体现。 3.对比研究了SiC晶闸管2T-3R-3C等效电路仿真模型的准确性。为了进一步验证模型的准确性，将SiC晶闸管等效电路不同温度下的动、静态特性仿真结果与产品的数据手册中的特性对比，结果显示，静态仿真结果和动态仿真结果平均误差均控制在15%以内,验证了模型的准确性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 SiC晶闸管器件研究现状

1.3晶闸管电路模型研究现状

1.4 本文主要研究内容及章节安排

2 4H-SiC材料仿真模型及SiC晶闸管工作原理

2.1 SiC材料参数及物理仿真模型

2.1.1 SiC材料优点

2.1.2 SiC物理仿真模型

2.2 SiC晶闸管工作原理

2.2.1 SiC晶闸管结构特点

2.2.2 SiC晶闸管工作原理

2.2.3 SiC晶闸管特性分析

2.3 本章小结

3 SiC晶闸管电路模型的建立

3.1 SiC晶闸管结构参数的确定

3.1.1 器件结构设计

3.1.2 物理模型仿真

3.2 SiC晶闸管等效电路模型

3.2.1 SiC晶闸管内部R1，R2， R3电阻模型

3.2.2 SiC晶闸管内部等效晶体管模型

3.2.2 电容模型

3.3 模型参数的提取

3.3.1 晶体管电流放大系数的提取

3.3.2 晶体管开通时间的提取

3.3.3 偏置电容的提取

3.4 本章小结

4 晶闸管等效电路的仿真与验证

4.1 阻断特性仿真

4.2 开通特性仿真

4.3 SiC晶闸管开通损耗分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献