Sic MOS 튜브의 게이트 문제 생각 및 해결
새로운 유형의 전력 반도체 장치로서 SIC MOS 튜브는 최근 몇 년 동안 새로운 에너지 차량, 태양 광, 스마트 그리드 및 기타 필드에서 기술의 성숙도로 널리 사용되었습니다. 빠른 스위칭 속도, 낮은 저항성 및 고온 저항과 같은 상당한 장점이 있으며 점차 기존의 실리콘 기반 장치의 강력한 대체물이되었습니다.
새로운 에너지 차량을 예를 들어, SIC MOS 튜브를 온보드 인버터에 사용하여 전력 변환 효율을 향상시키고 에너지 손실을 줄이며 차량의 순항 범위를 증가시킵니다. 태양 광 분야에서 SIC MOS 튜브를 사용하는 태양 광 인버터는 더 높은 전력 밀도 및 변환 효율을 달성하여 시스템 비용을 줄일 수 있습니다.
게이트 문제를 연구하는 것의 중요성
SIC MOS 튜브의 핵심 제어 끝으로서, 성능과 신뢰성은 전체 장치의 작동 안정성과 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 게이트가 손상되면 SIC MOS 튜브는 제대로 작동하지 않아 전체 회로 시스템이 실패합니다. 새로운 유형의 전력 반도체 장치로서 SIC MOS 튜브는 최근 몇 년 동안 새로운 에너지 차량, 태양 광, 스마트 그리드 및 기타 분야에서 널리 사용되었습니다. 빠른 스위칭 속도, 낮은 저항성 및 고온 저항과 같은 상당한 이점이 있으며 점차 기존의 실리콘 기반 장치의 강력한 대체물이되었습니다.
칩 프로세스 구조의 개요
SIC MOS 튜브의 칩 프로세스 구조는 주로 기판, 에피 택셜 층, 소스, 배수, 게이트 및 절연 층을 포함한다. 그 중에서, 기판은 일반적으로 실리콘 카바이드 물질로 만들어졌으며, 이는 높은 열전도율과 높은 분해 전기장 강도의 특성을 갖는데,이 장치의 우수한 물리적지지 및 전기 기반을 제공합니다. 에피 택셜 층은 기판에서 자라며 장치의 전기 매개 변수를 정확하게 제어하는 데 사용됩니다.
소스와 배수는 칩의 양쪽에 위치하며, 이는 전류의 입력 및 출력 끝입니다. 게이트는 단열층에 의해 채널에서 분리된다. 채널의 전도 및 컷오프는 전압을 적용하여 제어되므로 전류의 조절을 실현합니다. 절연 층은 일반적으로 이산화 실리콘과 같은 재료로 만들어지며 품질과 두께는 게이트의 성능에 중요한 영향을 미칩니다.
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칩에서 게이트의 위치와 기능
위치 : 게이트는 소스와 배수 사이에 있으며, 절연 층을 통해 채널과 밀접하게 인접 해 있습니다. 주요 기능은 전기장 효과를 통해 채널의 전도도를 제어하고 SIC MOS 튜브의 전도 및 차단의 정확한 제어를 달성하는 것입니다. 포지티브 전압이 게이트에 가해지면, 전기 전기가 전도성 채널을 형성하여 전자체가 유도되어 SIC MOS 튜브를 켭니다. 게이트 전압이 0 인 경우 채널의 전자가 사라지고 전도성 채널이 닫히고 SIC MOS 튜브가 꺼집니다.
기능 : 게이트의 제어 기능은 수도꼭지의 스위치와 같으며, 이는 물 흐름의 크기와 오프를 정확하게 조정할 수 있으며, SIC MOS 튜브가 다양한 회로 응용 분야에서 안정적이고 안정적으로 작동하도록합니다.
게이트가 쉽게 손상된 이유 분석
밀러 커패시터의 작용 메커니즘
폴리 실리콘 폭, 채널 및 트렌치 폭, G- 폴리 옥사이드 층 두께, PN 접합 도핑 프로파일과 같은 인자로 인해, SIC MOS 튜브는 기생 커패시턴스를 생성 할 것이며,이 중 주요 Miller 커패시터 CGD는 중요한 역할을한다. CGD는 일정하지 않으며 게이트와 배수 사이의 전압 변화에 따라 빠르게 변합니다.
하이 사이드 MOS 튜브가 갑자기 켜지면 낮은 사이드 MOS 튜브의 배수 전압이 즉시 증가합니다. 이때, 밀러 커패시턴스 크기를 갖는 전류에 전압 변화 속도가 곱한 전류는 낮은 측면 MOS 튜브의 밀러 커패시터에서 생성 될 것이다. 게이트가 열려 있으면이 전류는 아래의 CGS 커패시터 만 충전 할 수있어 게이트 전압이 갑자기 상승하게됩니다. 게이트 전압이 MOS 튜브의 게이트 라인 전압 VTH를 초과하면, MOS 튜브는 잘못 대조가 발생하며 장기적인 오해로 인해 게이트가 손상됩니다.
기생 커패시턴스로 인한 문제의 예
하프 브리지 회로에서, 하나의 MOS 튜브가 켜지면 밀러 커패시턴스의 존재로 인해 다른 MOS 튜브의 게이트에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 스위칭 전원 공급 장치 애플리케이션에서 Miller 커패시턴스의 영향으로 인해 게이트 전압은 비정상적으로 상승하여 게이트 전압 범위를 초과하여 게이트 고장 및 손상을 일으켜 전체 스위칭 전원 공급 장치가 정상적으로 작동 할 수 없습니다.
외부 회로의 과전압 공급원
외부 회로의 과전압은 번개 타격, 파워 그리드 변동, 유도 부하의 전환 작업 등과 같은 다양한 이유에 의해 야기 될 수 있습니다. 번개 스트라이크는 전력선 또는 신호 라인을 통해 SIC MOS 튜브로 전송 될 수있는 즉각적인 고전압 펄스를 생성 할 수 있습니다.
전력망이 변동하면 갑작스런 전압 증가는 SIC MOS 튜브에 위협이됩니다.
유도 부하 (모터, 변압기 등)가 갑자기 연결이 끊어지면 등 전기 전력이 생성되어 매우 높은 전압 스파이크가 형성됩니다. 이러한 과전압은 회로를 통해 SIC MOS 튜브의 게이트로 전염되어 손상을 일으킬 수 있습니다.
과전압에 의한 게이트 손상 원리
게이트의 전압이 정격 견해 전압을 초과하면 게이트 산화물이 분해되어 게이트와 채널 사이의 절연 성능이 감소하거나 심지어 단락; 이로 인해 게이트가 채널에 대한 제어를 잃게되며 SIC MOS 튜브는 제대로 작동하지 않습니다. 심각한 경우 장치에 영구적 인 손상이 발생합니다.
과전압은 또한 게이트 내부에서 열 효과를 유발하여 게이트 재료의 온도가 급격히 상승하여 재료의 성능이 저하되어 게이트 손상을 더욱 악화시킵니다.
SIC MOS 튜브의 작동 온도 특성
SIC MOS 튜브는 고온 성능이 우수하지만 성능 매개 변수는 여전히 고온 환경에서 변할 것입니다. 온도가 상승하면 SIC MOS 튜브의 저항성이 증가하고 스위칭 속도가 감소하고 누출 전류가 증가합니다. 이러한 매개 변수의 변화는 장치의 전력 소비를 증가시키고 더 많은 열을 발생 시키며 온도 상승을 더 악화시킵니다.
온도가 특정 한계를 초과하면 게이트의 재료 및 구조에 영향을 미쳐 게이트의 신뢰성이 줄어 듭니다.
게이트 재료 및 구조에 대한 고온의 영향
고온은 게이트의 절연 재료의 성능을 줄여 게이트와 채널 사이의 단열성 저항이 감소하여 누출 위험이 증가합니다. 고온은 또한 게이트 금속 재료의 열 팽창을 유발하여 게이트와 다른 구성 요소 사이의 연결이 느슨해 지거나 파손되어 게이트의 정상 작동에 영향을 미칠 수 있습니다.
자동차의 엔진 실의 전자 장비와 같은 일부 고온 적용 시나리오에서 SIC MOS 튜브는 오랫동안 고온 환경에 있으며 게이트 손상 확률이 크게 증가합니다.
제조 공정 결함
일반적인 제조 공정 문제
SIC MOS 튜브의 제조 공정 동안, 게이트 산화 층의 핀홀, 불순물 오염, 포토 리소그래피 편차 등과 같은 일부 공정 결함이 발생할 수 있습니다. 이러한 결함은 게이트 산화물 층의 고르지 않은 두께와 과도한 국소 전기장 강도를 유발하여 게이트의 견실 전압 능력을 줄입니다.
불순물 오염은 게이트 재료의 전기적 특성을 변화시키고 게이트의 정상 작동에 영향을 줄 수 있습니다. 포토 리소그래피 편차는 게이트의 차원 정확도가 충분하지 않아 장치의 성능 일관성에 영향을 줄 수 있습니다.
프로세스 결함이 게이트 손상을 유발하는 방법
게이트 산화물 층의 핀홀은 전류의 누설 채널이됩니다. 전류가 핀홀을 통과하면 국소 가열이 생성되어 산화물 층에 추가 손상이 발생합니다.
불순물 오염은 게이트 재료의 저항성을 변화시키고 게이트의 전기장 분포에 영향을 미치며 게이트 고장의 위험을 증가시킵니다.
포토 리소그래피 편차로 인한 일관되지 않은 게이트 크기는 다른 장치의 게이트 성능에 차이를 유발합니다. 실제 응용 분야에서 성능이 좋지 않은 게이트는 손상에 더 취약합니다.
기본 작업 원칙 소개
SMBJ1505CA 는 매우 효율적인 회로 보호 장치이며 작업 원칙은 PN 접합의 눈사태 분해 효과를 기반으로합니다. TV의 전압이 고장 전압을 초과하면 TV가 빠르게 켜지고 과전압을 낮은 수준으로 클램핑하여 보호 된 장치를 과도한 전압의 영향으로부터 보호합니다. 회로에서 TV는 일반적으로 보호 된 SIC MOS 튜브의 게이트와 평행하게 연결됩니다. 일시적 과전압이 발생하면 TV는 매우 짧은 시간 (보통 나노초) 내에 반응하고지면으로 과전압을 우회하여 게이트 전압이 안전 범위 내에 남아 있습니다.
SMBJ1505CA 과도 억제 다이오드는 SIC MOS 튜브 게이트 보호를 위해 특별히 설계되었습니다. 전방 분류 전압은 일반적으로 약 15V로 설정되며 역 분해 전압은 약 -5V로 설정됩니다. 이러한 전압 설정은 SIC MOS 튜브의 게이트 작동 전압 범위와 일치하여 전방 및 역전압으로 게이트를 손상으로부터 효과적으로 보호 할 수 있습니다. 이 다이오드는 빠른 응답 시간, 낮은 동적 저항 및 높은 펄스 전력 공차의 특성을 갖습니다. 빠른 응답 시간은 과전압 순간에 적시에 조치를 취할 수 있고, 낮은 동적 저항은 클램핑 전압을 가능한 한 고장 전압에 가깝게 만들 수 있으며, 높은 펄스 전력 공차는 큰 전류 펄스에 노출 될 때 다이오드가 손상되지 않도록합니다.
사용 이유 SMBJ1505CA
Crosstalk로 인한 게이트 전압 변동을 방지하십시오
Half-Bridge 회로와 같은 응용 분야에서 SIC MOS 튜브 모듈의 스위칭 동작은 다른 모듈의 스위치, 즉 Crosstalk 문제의 게이트 소스 전압 변동을 유발합니다. 양의 crosstalk는 게이트 전압이 긍정적으로 상승 할 수 있으며, 임계 값을 초과하면 허위 개구부가 발생합니다. 음의 크로스 토크는 게이트 전압을 부정적으로 증가시킬 수 있으며, 음의 전압 공차 한계를 초과하면 게이트 분해가 발생합니다. SMBJ1505CA 과도 억제 다이오드는 Crosstalk에 의해 발생하는 게이트 전압 변동을 효과적으로 억제 할 수 있습니다. 게이트 전압이 비정상적으로 상승하거나 떨어지면 TV가 빠르게 켜지고 안전 범위 내에서 전압을 클램핑하여 허위 개구부 및 게이트 분해를 방지합니다.
일시적 과전압의 위협을 다루고 있습니다
위에서 언급 한 바와 같이, 번개 타격, 전력망 변동 및 유도 부하 스위치에 의해 생성 된 과전압과 같은 외부 회로에는 다양한 과도 과전압 위협이 있습니다. 이러한 과전압은 SIC MOS 튜브 게이트의 견딜 수있는 전압을 즉시 초과하여 게이트에 돌이킬 수없는 손상을 초래할 수 있습니다.
과도 억제 다이오드는 과전압의 순간에 빠르게 반응하고 안전 범위 내에서 과전압을 제한하며, SIC MOS 튜브의 게이트를 안정적인 보호를 제공하며 장치가 거친 전기 환경에서 정상적으로 작동하는지 확인합니다.
일시적 억제 다이오드 추가의 이점
과전압 및 크로스 토크를 억제함으로써, 일시적 억제 다이오드는 게이트의 전기 응력을 효과적으로 감소시키고 게이트 손상의 위험을 줄여서 SIC MOS 튜브의 게이트의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 이를 통해 SIC MOS 튜브의 서비스 수명을 연장하고 장비 고장 발생을 줄이며 전체 회로 시스템의 신뢰성을 향상시키는 데 도움이됩니다.
산업 자동화, 전력 전자 장치 등의 분야에서 장비의 신뢰성과 안정성이 중요합니다. 일시적 억제 다이오드를 사용하여 게이트를 보호하면 장비의 장기 안정적인 작동을 보장하고 유지 보수 비용을 줄일 수 있습니다.
