碳化硅基功率VDMOS器件可靠性机理及寿命模型研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61604038
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0404.半导体电子器件与集成
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Comparing with a conventional Si-VDMOS device, a SiC-VDMOS exhibits lower on-resistance, higher breakdown voltage, faster switching speed and better thermal conduction characteristic, thereby it can simplify the topological structure of power system and reduce the system power loss and size, which is very significant to the development of power system. However, because of the low SiC/SiO2 interface barrier, big interface defect density, poor stability of SiC ohmic contact, as wells as incomplete epitaxial materials and fabrication process, the SiC-VDMOS device will face serious electrical performances degradations when it is used for a long time under high working temperature, large operation voltage and current, as well as fast switching speed conditions. Nowadays, the reliability degradation mechanisms of SiC-VDMOS under all kinds of electro-thermal stresses are not thorough and clear, and the related lifetime models are also lacked. In this project, the influences upon the reliability degradations of SiC-VDMOS from different dynamic gate alternant stresses under different operation temperatures, different freewheeling current stresses of body-diode and different switching stresses under different resistive and inductive loads will be deeply investigated, meanwhile the inner mechanisms will be explained. Moreover, the lifetime models of SiC-VDMOS under different stresses will be established to forecast the working lifetime of the device. This project will make the theoretical foundation for developing the novel power SiC-VDMOS device and the related power system with high reliability and long lifetime.
SiC基功率VDMOS器件具有导通电阻低、击穿电压高、开关速度快及热传导性好等优点,相比传统的Si基VDMOS,可简化功率电子系统拓扑结构,减小系统损耗和体积,因而对功率电子系统的发展至关重要。然而,由于SiC/SiO2界面势垒低、界面缺陷密度大、SiC欧姆接触稳定性差,以及外延材料和制备工艺仍不完善等问题,使得SiC基VDMOS在高温、高压、大电流及快速开关等极限条件下长期应用时,电学性能退化严重。目前,SiC基VDMOS在诸多电热应力下的可靠性退化机理研究尚不完善,寿命模型缺失。本课题将深入研究不同高温栅极动态交替偏置应力、寄生体二极管不同续流电流应力及不同阻性和感性负载瞬时开关应力等对SiC基VDMOS可靠性退化的影响并揭示内在机理,进而建立一套不同应力下的器件退化寿命模型,预测其工作寿命。本课题将为研制新型长寿命、高可靠的SiC基VDMOS及相关功率电子系统打下理论基础。

结项摘要

功率SiC-VDMOS器件具有导通电阻低、击穿电压高、开关速度快及热传导性好等优点,可简化功率电子系统的拓扑结构,减小系统损耗和体积,促进系统小型化。然而,由于SiC/SiO2界面势垒低、界面缺陷密度大及SiC欧姆接触稳定性差等问题,加之目前SiC基器件制备工艺尚不完善且外延材料仍有缺陷,使得SiC-VDMOS在高环境温度、高工作电压、大驱动电流及快速开关等极限条件下长期应用时,电学性能退化严重。.因此,本项目对SiC-VDMOS器件可靠性退化机理本质及寿命模型展开深入研究,成果简述如下:(1)基于SiC-VDMOS沟道区以及JFET区栅氧界面在不同栅压偏置下的积累、耗尽与反型状态与器件分段Cg-Vg曲线的一一对应关系,建立了适用于SiC-VDMOS的分段C-V界面损伤探测新方法;(2)明确了SiC-VDMOS在动态栅应力下Vth的退化是高电平应力阶段的电荷注入以及零电平阶段的电荷退陷共同作用的结果;(3)实验论证了SiC-VDMOS主要电学特性不随体二极管浪涌电流脉冲次数的增加而变化;(4)揭示了SiC-VDMOS在感性负载重复UIS应力下的主要退化机理为雪崩过程中JFET区栅氧界面中正电荷的注入;(5)揭示了SiC-VDMOS在阻性负载重复开关应力下的损伤机理为器件沟道区氧化层中的负电荷注入;(6)基于SiC-VDMOS在动态栅应力下的退化机理,建立了包含恢复分量在内的Vth退化表征模型;(7)基于SiC-VDMOS在重复UIS应力下的退化机理,建立了栅漏电容Cgd在重复UIS应力下的退化表征模型。.项目执行过程中,共计发表SCI论文18篇(第1作者8篇),国际会议论文2篇(均为第一作者);申请PCT专利2项(1项第一发明人),中国发明专利9项(均为第一发明人);此外,基于本项目成果,负责人入选2017年“装备预研教育部联合基金青年人才”和2018年 “江苏省333高层次人才培养工程—科学技术带头人”,培养博士研究生2名,硕士研究生4名。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(11)
Anomalous Output Characteristics Shrinkage in STI-LDMOS Transistor After I-V Scanning Measurements
I-V 扫描测量后 STI-LDMOS 晶体管的异常输出特性收缩
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Superlattices and Microstructures
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Ran Ye;Siyang Liu;Haibo Wu;Lanlan Yang;Weifeng Sun;Shengli Lu;Jiaxing Wei
  • 通讯作者:
    Jiaxing Wei
Failure Analysis and Improvement for High Power Single-phase Module
大功率单相组件故障分析及改进
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Device and Materials Reliability
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Jiaxing Wei;Siyang Liu;Weifeng Sun;Chunwei Zhang;Kaixin Si;Jiutao Zhu;Peng Ye;Yuanzheng Zhu
  • 通讯作者:
    Yuanzheng Zhu
Comprehensive Investigations on Degradations of Dynamic Characteristics for SiC Power s Under Repetitive Avalanche Shocks
反复雪崩冲击下SiC功率动态特性退化的综合研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Power Electronics
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Jiaxing Wei;Siyang Liu;Sheng Li;Jiong Fang;Weifeng Sun
  • 通讯作者:
    Weifeng Sun
A Review on Hot-carrier-induced Degradation of Lateral DMOS Transitor
横向DMOS晶体管热载流子劣化研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    IEEE Trans. on Device and Materials Reliability
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Siyang Liu;Weifeng Sun;Qinsong Qain;Jiaxing Wei;Jiong Fang;Chi Zhang;Longxing Shi
  • 通讯作者:
    Longxing Shi
Endurance Degradation and Lifetime Model of –channel Floating Gate Flash Memory Device with 2T Structure
2T结构-通道浮栅闪存器件的耐久性退化和寿命模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Superlattices and Microstructures
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Jiaxing Wei;Siyang Liu;Xiaoqiang Liu;Weifeng Sun;Yuwei Liu;Bo Hou
  • 通讯作者:
    Bo Hou

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其他文献

有机电子注入材料对Cs2CO3 阴极结构电子注入能力的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗皙;陈薇;赵宏飞;徐锡镇;刘斯扬;牛芳芳;曾鹏举;连加荣
  • 通讯作者:
    连加荣

其他文献

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高压SiC-IGBT器件电应力下的可靠性机理及寿命模型研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
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    57 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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