نمایش ها: 0 نویسنده: ویرایشگر سایت زمان انتشار: 2025-04-10 مبدا: محل
تفکر و حل مشکل دروازه لوله sic mos
به عنوان یک نوع جدید از دستگاه نیمه هادی قدرت ، لوله SIC MOS در سالهای اخیر با بلوغ فناوری در وسایل نقلیه جدید انرژی ، فتوولتائیک ، شبکه های هوشمند و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار گرفته است. این مزیت های قابل توجهی از جمله سرعت سوئیچینگ سریع ، مقاومت کم و مقاومت در برابر دمای بالا دارد و به تدریج به یک جایگزین قدرتمند برای دستگاه های سنتی مبتنی بر سیلیکون تبدیل شده است.
با استفاده از وسایل نقلیه انرژی جدید به عنوان نمونه ، از لوله های SIC MOS در اینورترهای داخل صفحه برای بهبود راندمان تبدیل نیرو ، کاهش از بین رفتن انرژی و در نتیجه افزایش دامنه سفر به وسیله نقلیه استفاده می شود. در میدان فتوولتائیک ، اینورترهای فتوولتائیک با استفاده از لوله های SIC MOS می توانند به چگالی توان بالاتر و راندمان تبدیل دست یابند و هزینه های سیستم را کاهش می دهند.
اهمیت مطالعه مشکل دروازه
به عنوان پایان کنترل کلیدی لوله SIC MOS ، عملکرد و قابلیت اطمینان آن به طور مستقیم بر ثبات کار و عمر کل دستگاه تأثیر می گذارد. پس از آسیب دیدگی دروازه ، لوله SIC MOS به درستی کار نمی کند و در نتیجه خرابی کل سیستم مدار ایجاد می شود. به عنوان یک نوع جدید از دستگاه نیمه هادی قدرت ، لوله SIC MOS به طور گسترده ای در وسایل نقلیه انرژی جدید ، فتوولتائیک ، شبکه های هوشمند و سایر زمینه ها با بلوغ فناوری در سالهای اخیر مورد استفاده قرار گرفته است. این مزیت های قابل توجهی از جمله سرعت سوئیچینگ سریع ، مقاومت در برابر کم و مقاومت در برابر دمای بالا دارد و به تدریج به یک جایگزین قدرتمند برای دستگاه های سنتی مبتنی بر سیلیکون تبدیل شده است.
نمای کلی از ساختار فرآیند تراشه
ساختار فرآیند تراشه لوله MOS SIC به طور عمده شامل بستر ، لایه اپیتاکسیال ، منبع ، تخلیه ، دروازه و لایه عایق است. در میان آنها ، این بستر معمولاً از مواد کاربید سیلیکون ساخته شده است ، که دارای ویژگی های هدایت حرارتی بالا و قدرت میدان الکتریکی با شکست زیاد است و پشتیبانی فیزیکی خوبی و پایه و اساس الکتریکی را برای دستگاه فراهم می کند. لایه اپیتاکسیال روی بستر رشد می کند و برای کنترل دقیق پارامترهای الکتریکی دستگاه استفاده می شود.
منبع و تخلیه در دو طرف تراشه قرار دارد که انتهای ورودی و خروجی جریان هستند. این دروازه توسط یک لایه عایق از کانال جدا می شود. هدایت و قطع کانال با استفاده از ولتاژ کنترل می شود و از این طریق تنظیم جریان را تحقق می بخشد. لایه عایق معمولاً از موادی مانند دی اکسید سیلیکون ساخته شده است و کیفیت و ضخامت آن تأثیر مهمی در عملکرد دروازه دارد.
|
|
موقعیت و عملکرد دروازه در تراشه
موقعیت: دروازه بین منبع و تخلیه قرار دارد و از طریق لایه عایق از نزدیک با کانال مجاور است. عملکرد اصلی آن کنترل هدایت کانال از طریق اثر میدان الکتریکی و دستیابی به کنترل دقیق هدایت و خاموش کردن لوله SIC MOS است. هنگامی که یک ولتاژ مثبت روی دروازه اعمال می شود ، الکترون ها در کانال القا می شوند تا یک کانال رسانا تشکیل دهند ، که لوله SIC MOS را روشن می کند. هنگامی که ولتاژ دروازه صفر است ، الکترونهای موجود در کانال ناپدید می شوند ، کانال رسانا بسته می شود و لوله SIC MOS خاموش می شود.
عملکرد: عملکرد کنترل دروازه مانند سوئیچ شیر آب است که می تواند به طور دقیق اندازه و خاموش جریان آب (جریان) را تنظیم کند ، و اطمینان حاصل می کند که لوله SIC MOS به طور پایدار و قابل اعتماد در کاربردهای مختلف مدار کار می کند.
تجزیه و تحلیل دلایل آسیب دیدن دروازه به راحتی
مکانیسم عمل خازن میلر
با توجه به عواملی مانند عرض پلی سیلیکون ، عرض کانال و سنگر ، ضخامت لایه اکسید G-pole ، مشخصات دوپینگ اتصال PN ، لوله های SIC MOS باعث ایجاد خازن انگلی می شوند که از جمله آنها خازن اصلی CGD نقش مهمی را ایفا می کند. CGD ثابت نیست ، با تغییر ولتاژ بین دروازه و تخلیه به سرعت تغییر خواهد کرد
هنگامی که لوله MOS در سمت بالا به طور ناگهانی روشن شد ، ولتاژ تخلیه لوله MOS با طرف پایین فوراً افزایش می یابد. در این زمان ، جریان با اندازه خازن میلر ضرب شده با نرخ تغییر ولتاژ بر روی خازن میلر لوله MOS با طرف پایین تولید می شود. اگر دروازه باز باشد ، این جریان فقط می تواند خازن CGS را در زیر شارژ کند ، که باعث می شود ولتاژ دروازه به طور ناگهانی افزایش یابد. هنگامی که ولتاژ دروازه از ولتاژ خط دروازه VTH از لوله MOS فراتر رود ، لوله MOS مستعد ابتلا به سوء استفاده است و سوء استفاده طولانی مدت به دروازه آسیب می رساند.
نمونه هایی از مشکلات ناشی از ظرفیت انگلی
در یک مدار نیمه پل ، هنگامی که یک لوله MOS روشن است ، به دلیل وجود خازن میلر ، بر دروازه لوله MOS دیگری تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، در یک برنامه منبع تغذیه سوئیچینگ ، به دلیل تأثیر خازن میلر ، ولتاژ دروازه به طور غیر طبیعی بالا می رود ، از دامنه ولتاژ دروازه فراتر می رود و در نهایت باعث خرابی و آسیب دروازه می شود و باعث می شود کل منبع تغذیه سوئیچینگ نتواند به طور عادی کار کند.
منابع ولتاژ در مدارهای خارجی
ولتاژ در مدارهای خارجی ممکن است به دلایل مختلفی مانند اعتصاب رعد و برق ، نوسانات شبکه برق ، تعویض بارهای القایی و غیره ایجاد شود. حملات رعد و برق می تواند پالس های ولتاژ بالا را ایجاد کند ، که ممکن است از طریق خط برق یا خط سیگنال به لوله SIC منتقل شود.
هنگامی که شبکه برق نوسان می کند ، افزایش ناگهانی ولتاژ نیز تهدیدی برای لوله SIC MOS خواهد بود.
هنگامی که بار القایی (مانند موتورها ، ترانسفورماتورها و غیره) به طور ناگهانی قطع شود ، نیروی الکتروموتوری پشتی تولید می شود و سنبله ولتاژ بسیار بالایی را تشکیل می دهد. این ولتاژ بیش از حد ممکن است از طریق مدار به دروازه لوله SIC MOS منتقل شود و باعث آسیب به آن شود.
اصل آسیب به دروازه توسط ولتاژ
هنگامی که ولتاژ موجود در دروازه از ولتاژ مقاومت در برابر آن فراتر می رود ، اکسید دروازه تجزیه می شود و در نتیجه کاهش عملکرد عایق بین دروازه و کانال یا حتی یک مدار کوتاه کاهش می یابد. این باعث می شود که دروازه کنترل خود را بر روی کانال از دست بدهد و لوله SIC MOS به درستی کار نخواهد کرد. در موارد شدید ، باعث آسیب دائمی دستگاه خواهد شد
ولتاژ بیش از حد ممکن است باعث ایجاد اثرات حرارتی در داخل دروازه شود و باعث شود دمای مواد دروازه به شدت افزایش یابد و باعث بدتر شدن عملکرد مواد شود و بیشتر باعث تشدید آسیب به دروازه شود
ویژگی های دمای لوله های Sic MOS
اگرچه لوله های SIC MOS از نظر درجه حرارت بالا خوبی دارند ، اما پارامترهای عملکرد آنها همچنان در محیط های درجه حرارت بالا تغییر خواهد کرد. با افزایش دما ، مقاومت در برابر لوله SIC MOS افزایش می یابد ، سرعت سوئیچینگ کاهش می یابد و جریان نشت افزایش می یابد. تغییرات در این پارامترها باعث افزایش مصرف برق دستگاه ، ایجاد گرمای بیشتر و افزایش بیشتر دما می شود.
هنگامی که دما از حد معینی فراتر رود ، بر ماده و ساختار دروازه تأثیر می گذارد و قابلیت اطمینان دروازه را کاهش می دهد
تأثیر درجه حرارت بالا بر روی مواد و ساختار دروازه
درجه حرارت بالا باعث کاهش عملکرد عایق دروازه می شود و در نتیجه کاهش مقاومت عایق بین دروازه و کانال کاهش می یابد و خطر نشت را افزایش می دهد. درجه حرارت بالا همچنین ممکن است باعث گسترش حرارتی مواد فلزی دروازه شود و باعث شود اتصال بین دروازه و سایر اجزای شل یا شکسته شود و بر عملکرد عادی دروازه تأثیر بگذارد.
در برخی از سناریوهای کاربردی با درجه حرارت بالا ، مانند تجهیزات الکترونیکی در محفظه موتور یک اتومبیل ، لوله SIC MOS برای مدت طولانی در محیط درجه حرارت بالا قرار دارد و احتمال آسیب به دروازه به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
نقص فرآیند تولید
مشکلات فرآیند تولید مشترک
در طی فرآیند تولید لوله های SIC MOS ، ممکن است برخی از نقص های فرآیند مانند سوراخ های موجود در لایه اکسید گیت ، آلودگی ناخالصی ، انحراف فوتولیتوگرافی و غیره رخ دهد. این نقص ها باعث ضخامت ناهموار لایه اکسید گیت و مقاومت بیش از حد میدان الکتریکی محلی می شود و از این طریق توانایی ولتاژ مقاومت در برابر دروازه را کاهش می دهد.
آلودگی ناخالصی ممکن است خواص الکتریکی مواد دروازه را تغییر داده و بر عملکرد عادی دروازه تأثیر بگذارد. انحراف فوتولیتوگرافی ممکن است باعث عدم دقت بعدی دروازه شود و بر عملکرد عملکرد دستگاه تأثیر بگذارد.
چگونه نقص فرایند باعث آسیب دروازه می شود
سوراخ های موجود در لایه اکسید گیت به کانال های نشت برای جریان تبدیل می شوند. هنگامی که جریان از سوراخ ها عبور می کند ، گرمایش موضعی ایجاد می شود و باعث آسیب بیشتر به لایه اکسید می شود.
آلودگی ناخالصی مقاومت مواد دروازه را تغییر می دهد ، بر توزیع میدان الکتریکی دروازه تأثیر می گذارد و خطر خرابی دروازه را افزایش می دهد.
اندازه دروازه متناقض ناشی از انحراف فوتولیتوگرافی باعث ایجاد تفاوت در عملکرد دروازه دستگاه های مختلف خواهد شد. در کاربردهای عملی ، دروازه هایی با عملکرد ضعیف مستعد آسیب هستند.
آشنایی با اصل اساسی کار
SMBJ1505CA یک دستگاه محافظت از مدار بسیار کارآمد است و اصل کار آن مبتنی بر اثر تجزیه بهمن از محل اتصال PN است. هنگامی که ولتاژ در سراسر تلویزیون ها از ولتاژ تجزیه آن فراتر می رود ، تلویزیون ها به سرعت روشن می شوند و ولتاژ را در سطح پایین تر می بندند و از این طریق دستگاه محافظت شده را از تأثیر ولتاژ بیش از حد محافظت می کنند. در مدار ، تلویزیون ها معمولاً به موازات دروازه لوله محافظت شده SIC MOS متصل می شوند. هنگامی که یک ولتاژ گذرا رخ می دهد ، تلویزیون ها در مدت زمان بسیار کوتاهی (معمولاً نانو ثانیه) پاسخ می دهند و از ولتاژ بیش از حد به زمین دور می شوند ، به طوری که ولتاژ دروازه در محدوده ایمن باقی می ماند.
دیود سرکوب گذرا SMBJ1505CA مخصوصاً برای محافظت از دروازه لوله MOS طراحی شده است. ولتاژ شکست آن معمولاً در حدود 15 ولت تنظیم می شود و ولتاژ تجزیه معکوس در حدود -5 ولت تنظیم می شود. چنین تنظیم ولتاژ می تواند با دامنه ولتاژ عملکرد دروازه لوله SIC MOS مطابقت داشته باشد ، و به طور موثری دروازه را در برابر آسیب های رو به جلو و معکوس محافظت می کند. این دیود ویژگی های زمان پاسخ سریع ، مقاومت پویا کم و تحمل قدرت پالس بالا را دارد. زمان پاسخ سریع می تواند عملکرد به موقع در لحظه ولتاژ را تضمین کند ، مقاومت پویا کم می تواند ولتاژ بستن را به عنوان ولتاژ خرابی نزدیکتر کند ، و تحمل قدرت پالس بالا باعث می شود که دیود هنگام قرار گرفتن در معرض پالس های جریان بزرگ آسیب نبیند.
دلایل استفاده SMBJ1505CA
از نوسانات ولتاژ دروازه ناشی از متقاطع جلوگیری کنید
در برنامه های کاربردی مانند مدارهای نیمه پل ، عملکرد سوئیچینگ ماژول لوله SIC MOS باعث نوسان ولتاژ منبع دروازه سوئیچ ماژول دیگر می شود ، یعنی مشکل متقاطع. متقاطع مثبت ممکن است باعث افزایش مثبت ولتاژ دروازه شود و اگر از آستانه فراتر رود ، باعث باز شدن کاذب خواهد شد. متقاطع منفی ممکن است ولتاژ دروازه را منفی کند و بیش از حد تحمل ولتاژ منفی باعث خرابی دروازه شود. دیود سرکوب گذرا SMBJ1505CA می تواند نوسان ولتاژ دروازه ناشی از متقاطع را سرکوب کند. با افزایش ولتاژ دروازه یا سقوط غیر طبیعی ، تلویزیون ها به سرعت روشن می شوند و ولتاژ را در یک محدوده ایمن می چسباند تا از باز شدن کاذب و تجزیه دروازه جلوگیری شود.
برخورد با تهدید ولتاژ گذرا
همانطور که در بالا ذکر شد ، تهدیدهای مختلف ولتاژ گذرا در مدار خارجی وجود دارد ، مانند ولتاژ بیش از حد ناشی از اعتصابات رعد و برق ، نوسانات شبکه برق و سوئیچ های بار القایی. این ولتاژ بیش از حد ممکن است فوراً از ولتاژ مقاومت در برابر دروازه لوله SIC MOS فراتر رود و باعث آسیب غیر قابل برگشت به دروازه شود.
دیودهای سرکوب زودگذر می توانند در لحظه ولتاژ به سرعت پاسخ دهند ، ولتاژ بیش از حد را در یک محدوده ایمن محدود کنند ، از دروازه لوله های SIC MOS محافظت قابل اطمینان کنند و اطمینان حاصل کنند که دستگاه به طور عادی در محیط های الکتریکی سخت کار می کند.
مزایای افزودن دیودهای سرکوب گذرا
با سرکوب ولتاژ و متقاطع ، دیودهای سرکوب گذرا می توانند استرس الکتریکی روی دروازه را کاهش داده و خطر آسیب دروازه را کاهش داده و از این طریق قابلیت اطمینان و پایداری دروازه لوله های SIC MOS را بهبود می بخشند. این امر به افزایش عمر خدمات لوله های SIC MOS ، کاهش بروز خرابی تجهیزات و بهبود قابلیت اطمینان کل سیستم مدار کمک می کند.
در زمینه اتوماسیون صنعتی ، الکترونیک برق و غیره ، قابلیت اطمینان و پایداری تجهیزات بسیار مهم است. استفاده از دیودهای سرکوب گذرا برای محافظت از دروازه می تواند عملکرد پایدار طولانی مدت تجهیزات را تضمین کرده و هزینه های نگهداری را کاهش دهد.
