SMBJ1505CA Protection SIC MOSFET รุ่นใหม่

การคิดและการแก้ปัญหาประตูของหลอด sic mos

ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์พลังงานชนิดใหม่ Sic MOS Tube ได้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในยานพาหนะพลังงานใหม่โซลาร์เซลล์, กริดอัจฉริยะและสาขาอื่น ๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาด้วยการครบกำหนดของเทคโนโลยี มันมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเช่นความเร็วในการสลับอย่างรวดเร็วการต้านทานต่ำและความต้านทานอุณหภูมิสูงและค่อยๆกลายเป็นตัวทดแทนที่ทรงพลังสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนแบบดั้งเดิม

นำยานพาหนะพลังงานใหม่เป็นตัวอย่างหลอด SIC MOS ถูกนำมาใช้ในอินเวอร์เตอร์ออนบอร์ดเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานลดการสูญเสียพลังงานและเพิ่มช่วงการล่องเรือของยานพาหนะ ในสนามไฟฟ้าโซลาร์เซลล์อินเวอร์เตอร์เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้หลอด SIC MOS สามารถบรรลุความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพการแปลงลดต้นทุนระบบ

ความสำคัญของการศึกษาปัญหาประตู

ในฐานะที่เป็นจุดสิ้นสุดการควบคุมที่สำคัญของหลอด SIC MOS ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของมันส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรในการทำงานและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ทั้งหมด เมื่อประตูเสียหายท่อ SIC MOS จะทำงานไม่ถูกต้องส่งผลให้ระบบวงจรทั้งหมดล้มเหลว ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์พลังงานชนิดใหม่ SIC MOS Tube ได้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในยานพาหนะพลังงานใหม่โซลาร์เซลล์สมาร์ทกริดและสาขาอื่น ๆ ที่มีวุฒิภาวะของเทคโนโลยีในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มันมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเช่นความเร็วในการสลับอย่างรวดเร็วการต้านทานต่ำและความต้านทานอุณหภูมิสูงและค่อยๆกลายเป็นตัวทดแทนที่ทรงพลังสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนแบบดั้งเดิม

ภาพรวมของโครงสร้างกระบวนการชิป

โครงสร้างกระบวนการชิปของหลอด SIC MOS ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารตั้งต้นชั้น epitaxial แหล่งที่มาการระบายน้ำประตูและชั้นฉนวน ในหมู่พวกเขาสารตั้งต้นมักจะทำจากวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ซึ่งมีลักษณะของการนำความร้อนสูงและความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่สลายตัวสูงให้การสนับสนุนทางกายภาพที่ดีและรากฐานทางไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ ชั้น epitaxial เติบโตบนพื้นผิวและใช้เพื่อควบคุมพารามิเตอร์ไฟฟ้าของอุปกรณ์อย่างแม่นยำ

แหล่งที่มาและท่อระบายน้ำตั้งอยู่ทั้งสองด้านของชิปซึ่งเป็นปลายอินพุตและเอาต์พุตของกระแสไฟฟ้า เกตถูกแยกออกจากช่องทางด้วยเลเยอร์ฉนวน การนำและการตัดของช่องถูกควบคุมโดยการใช้แรงดันไฟฟ้าดังนั้นจึงตระหนักถึงกฎระเบียบของกระแสไฟฟ้า ชั้นฉนวนมักจะทำจากวัสดุเช่นซิลิกอนไดออกไซด์และคุณภาพและความหนาของมันมีอิทธิพลสำคัญต่อประสิทธิภาพของประตู

ตำแหน่งและฟังก์ชั่นของประตูในชิป

ตำแหน่ง: ประตูตั้งอยู่ระหว่างแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำและอยู่ติดกับช่องทางผ่านชั้นฉนวนอย่างใกล้ชิด ฟังก์ชั่นหลักของมันคือการควบคุมค่าการนำไฟฟ้าของช่องทางผ่านเอฟเฟกต์สนามไฟฟ้าและเพื่อให้ได้การควบคุมที่แม่นยำของการนำไฟฟ้าและการปิดท่อ SIC MOS เมื่อแรงดันไฟฟ้าบวกถูกนำไปใช้กับประตูอิเล็กตรอนจะถูกเหนี่ยวนำในช่องเพื่อสร้างช่องสัญญาณนำไฟฟ้าซึ่งจะเปิดท่อ SIC MOS; เมื่อแรงดันเกตเป็นศูนย์อิเล็กตรอนในช่องจะหายไปช่องสัญญาณนำไฟฟ้าจะถูกปิดและหลอด SIC MOS จะถูกปิด

ฟังก์ชั่น: ฟังก์ชั่นการควบคุมของประตูเป็นเหมือนสวิตช์ของก๊อกน้ำซึ่งสามารถปรับขนาดและการเปิดออกของการไหลของน้ำ (กระแส) ได้อย่างแม่นยำเพื่อให้มั่นใจว่าหลอด SIC MOS ทำงานได้อย่างเสถียรและน่าเชื่อถือในการใช้งานวงจรต่างๆ

การวิเคราะห์เหตุผลว่าทำไมประตูจึงเสียหายได้ง่าย

กลไกการออกฤทธิ์ของตัวเก็บประจุมิลเลอร์

เนื่องจากปัจจัยต่าง ๆ เช่นความกว้าง polysilicon, ช่องและความกว้างของร่องลึก, ความหนาของชั้นของชั้นออกไซด์ G-pole, โปรไฟล์ยาสลบ PN Junction, ท่อ SIC MOS จะสร้างความจุของกาฝากซึ่งตัวเก็บประจุ Miller CGD มีบทบาทสำคัญ CGD ไม่คงที่มันจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเมื่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าระหว่างประตูและท่อระบายน้ำ

เมื่อเปิดท่อ MOS ด้านสูงขึ้นอย่างกะทันหันแรงดันไฟฟ้าท่อระบายน้ำของหลอด MOS ด้านต่ำจะเพิ่มขึ้นทันที ในเวลานี้กระแสที่มีขนาดของความจุมิลเลอร์คูณด้วยอัตราการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นบนตัวเก็บประจุมิลเลอร์ของหลอด MOS ด้านต่ำ หากประตูเปิดอยู่กระแสนี้สามารถชาร์จตัวเก็บประจุ CGS ด้านล่างซึ่งจะทำให้แรงดันไฟฟ้าของประตูเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าของประตูเกินแรงดันไฟฟ้าเส้นเกต vth ของหลอด MOS หลอด MOS มีแนวโน้มที่จะเกิดการปิดผิดและการปิดระยะยาวในระยะยาวจะทำให้ประตูเสียหาย

ตัวอย่างของปัญหาที่เกิดจากความจุกาฝาก

ในวงจรครึ่งสะพานเมื่อเปิดท่อ MOS หนึ่งหลอดเนื่องจากการมีอยู่ของความจุมิลเลอร์มันจะส่งผลกระทบต่อประตูของหลอด MOS อื่น ตัวอย่างเช่นในแอปพลิเคชันแหล่งจ่ายไฟสลับเนื่องจากผลกระทบของความจุของมิลเลอร์แรงดันเกตเพิ่มขึ้นอย่างผิดปกติเกินช่วงแรงดันไฟฟ้าของประตูและในที่สุดก็ทำให้เกิดการสลายประตูและความเสียหายทำให้แหล่งจ่ายไฟสวิตช์ทั้งหมดไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ

แหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าเกินในวงจรภายนอก

แรงดันไฟฟ้าเกินในวงจรภายนอกอาจเกิดจากเหตุผลหลายประการเช่นการโจมตีด้วยฟ้าผ่าความผันผวนของกริดพลังงานการสลับการทำงานของโหลดอุปนัย ฯลฯ การโจมตีด้วยฟ้าผ่าสามารถสร้างพัลส์แรงดันไฟฟ้าสูงได้ทันที

เมื่อกริดพลังงานผันผวนแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันก็จะเป็นภัยคุกคามต่อหลอด Sic MOS

เมื่อโหลดอุปนัย (เช่นมอเตอร์หม้อแปลง ฯลฯ ) ถูกตัดการเชื่อมต่ออย่างกะทันหันแรงไฟฟ้าด้านหลังจะถูกสร้างขึ้นซึ่งจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก แรงดันไฟฟ้าเกินเหล่านี้อาจถูกส่งไปยังประตูของท่อ SIC MOS ผ่านวงจรทำให้เกิดความเสียหาย

หลักการของความเสียหายที่ประตูโดยแรงดันไฟฟ้าเกิน

เมื่อแรงดันไฟฟ้าบนประตูเกินความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าประตูออกไซด์จะพังทลายลงส่งผลให้ประสิทธิภาพของฉนวนลดลงระหว่างประตูและช่องทางหรือแม้กระทั่งวงจรลัดวงจร สิ่งนี้จะทำให้ประตูสูญเสียการควบคุมช่องและหลอด SIC MOS จะทำงานไม่ถูกต้อง ในกรณีที่รุนแรงมันจะทำให้เกิดความเสียหายอย่างถาวรกับอุปกรณ์

แรงดันไฟฟ้าเกินอาจทำให้เกิดผลทางความร้อนภายในประตูทำให้อุณหภูมิของวัสดุประตูเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้ประสิทธิภาพของวัสดุเสื่อมสภาพ

ลักษณะอุณหภูมิการทำงานของหลอด SIC MOS

แม้ว่าหลอด SIC MOS จะมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง แต่พารามิเตอร์ประสิทธิภาพของพวกเขาจะยังคงเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นการต้านทานของหลอด SIC MOS จะเพิ่มขึ้นความเร็วในการสลับจะลดลงและกระแสรั่วไหลจะเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์เหล่านี้จะเพิ่มการใช้พลังงานของอุปกรณ์สร้างความร้อนมากขึ้นและเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

เมื่ออุณหภูมิเกินขีด จำกัด ที่กำหนดจะส่งผลกระทบต่อวัสดุและโครงสร้างของประตูลดความน่าเชื่อถือของประตู

ผลกระทบของอุณหภูมิสูงต่อวัสดุและโครงสร้างประตู

อุณหภูมิสูงจะช่วยลดประสิทธิภาพของวัสดุฉนวนของประตูส่งผลให้ความต้านทานของฉนวนกันความร้อนลดลงระหว่างประตูและช่องทางลดความเสี่ยงของการรั่วไหล อุณหภูมิสูงอาจทำให้เกิดการขยายตัวทางความร้อนของวัสดุโลหะประตูทำให้การเชื่อมต่อระหว่างประตูกับส่วนประกอบอื่น ๆ เพื่อคลายหรือแตกซึ่งมีผลต่อการทำงานปกติของประตู

ในสถานการณ์แอปพลิเคชันที่อุณหภูมิสูงเช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในห้องเครื่องยนต์ของรถยนต์ท่อ SIC MOS อยู่ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานานและความน่าจะเป็นของความเสียหายที่ประตูเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ข้อบกพร่องของกระบวนการผลิต

ปัญหากระบวนการผลิตทั่วไป

ในระหว่างกระบวนการผลิตของหลอด SIC MOS ข้อบกพร่องของกระบวนการบางอย่างอาจเกิดขึ้นเช่นรูเข็มในชั้นประตูออกไซด์การปนเปื้อนของสิ่งเจือปนการเบี่ยงเบนโฟโต้ ข้อบกพร่องเหล่านี้จะทำให้เกิดความหนาไม่สม่ำเสมอของชั้นออกไซด์ของประตูและความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าในท้องถิ่นที่มากเกินไปซึ่งจะช่วยลดความสามารถของแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อประตู

การปนเปื้อนของสิ่งเจือปนอาจเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุประตูและส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของประตู การเบี่ยงเบนของ Photolithography อาจทำให้เกิดความแม่นยำมิติไม่เพียงพอของประตูซึ่งมีผลต่อความสอดคล้องของประสิทธิภาพของอุปกรณ์

ความบกพร่องของกระบวนการก่อให้เกิดความเสียหายของประตูอย่างไร

รูเข็มในชั้นประตูออกไซด์จะกลายเป็นช่องทางรั่วไหลสำหรับกระแสไฟฟ้า เมื่อกระแสผ่านรูเข็มการทำความร้อนในท้องถิ่นจะถูกสร้างขึ้นทำให้เกิดความเสียหายต่อชั้นออกไซด์

การปนเปื้อนของสิ่งเจือปนจะเปลี่ยนความต้านทานของวัสดุประตูส่งผลกระทบต่อการกระจายสนามไฟฟ้าของประตูและเพิ่มความเสี่ยงของการสลายประตู

ขนาดเกตที่ไม่สอดคล้องกันที่เกิดจากการเบี่ยงเบนโฟโตโธภาพจะทำให้เกิดความแตกต่างในประสิทธิภาพของประตูของอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน ในการใช้งานจริงประตูที่มีประสิทธิภาพไม่ดีมีความไวต่อความเสียหายมากขึ้น

เบื้องต้นเกี่ยวกับหลักการทำงานขั้นพื้นฐาน

SMBJ1505CA เป็นอุปกรณ์ป้องกันวงจรที่มีประสิทธิภาพสูงและหลักการทำงานนั้นขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์การสลายหิมะถล่มของทางแยก PN เมื่อแรงดันไฟฟ้าข้ามทีวีเกินแรงดันไฟฟ้าที่พังทลายทีวีจะเปิดอย่างรวดเร็วและยึดแรงดันไฟฟ้าเกินในระดับที่ต่ำกว่าซึ่งจะช่วยปกป้องอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันจากผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไป ในวงจรทีวีมักจะเชื่อมต่อควบคู่ไปกับประตูของหลอด SIC MOS ที่ได้รับการป้องกัน เมื่อเกิดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว TVS จะตอบสนองในเวลาอันสั้น (โดยปกติจะเป็นนาโนวินาที) และข้ามแรงดันไฟฟ้าเกินลงไปที่พื้นเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าประตูยังคงอยู่ในช่วงที่ปลอดภัย

ไดโอดการปราบปรามชั่วคราว SMBJ1505CA ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการป้องกันประตูท่อ SIC MOS แรงดันไฟฟ้าเบี่ยงเบนไปข้างหน้ามักจะตั้งค่าเป็นประมาณ 15V และแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับถูกตั้งค่าเป็นประมาณ -5V การตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวสามารถจับคู่ช่วงแรงดันไฟฟ้าของเกตของหลอด SIC MOS ได้อย่างมีประสิทธิภาพปกป้องประตูจากความเสียหายโดยไปข้างหน้าและย้อนกลับเกินกว่าแรงดันไฟฟ้า ไดโอดนี้มีลักษณะของเวลาตอบสนองที่รวดเร็วความต้านทานแบบไดนามิกต่ำและการทนต่อพลังงานพัลส์สูง เวลาตอบสนองที่รวดเร็วสามารถมั่นใจได้ว่าการกระทำที่ทันเวลาในขณะที่มีแรงดันไฟฟ้าเกินความต้านทานแบบไดนามิกต่ำสามารถทำให้แรงดันไฟฟ้าที่หนีบใกล้กับแรงดันไฟฟ้าสลายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

เหตุผลในการใช้ SMBJ1505CA

ป้องกันความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจาก crosstalk

ในแอพพลิเคชั่นเช่นวงจรครึ่งสะพานการดำเนินการสลับของโมดูลหลอด SIC MOS จะทำให้เกิดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าเกต-แหล่งที่มาของสวิตช์ของโมดูลอื่นนั่นคือปัญหา crosstalk crosstalk เชิงบวกอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าของประตูเพิ่มขึ้นในเชิงบวกและถ้ามันเกินเกณฑ์มันจะทำให้เกิดการเปิดเท็จ crosstalk เชิงลบอาจเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเกตในทางลบและเกินขีด จำกัด การทนต่อแรงดันไฟฟ้าเชิงลบจะทำให้ประตูแตกสลาย ไดโอดการปราบปรามชั่วคราวของ SMBJ1505CA สามารถยับยั้งความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าเกตที่เกิดจาก crosstalk ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของประตูเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างผิดปกติทีวีจะเปิดอย่างรวดเร็วและยึดแรงดันไฟฟ้าภายในช่วงที่ปลอดภัยเพื่อป้องกันการเปิดเท็จและการพังทลายของประตู

การจัดการกับการคุกคามของแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นมีภัยคุกคามแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวในวงจรภายนอกเช่นแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดจากการโจมตีด้วยฟ้าผ่าความผันผวนของกริดพลังงานและสวิตช์โหลดอุปนัย แรงดันไฟฟ้าเกินเหล่านี้อาจเกินแรงดันไฟฟ้าที่ทนทานต่อประตูหลอด SIC MOS ได้ทันทีทำให้เกิดความเสียหายต่อประตู

ไดโอดการปราบปรามชั่วคราวสามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็วในขณะที่มีแรงดันไฟฟ้าเกินขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าเกินในช่วงที่ปลอดภัยให้การป้องกันที่เชื่อถือได้สำหรับประตูหลอด SIC MOS และตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ทำงานได้ตามปกติในสภาพแวดล้อมไฟฟ้าที่รุนแรง

ประโยชน์ของการเพิ่มไดโอดการปราบปรามชั่วคราว

ด้วยการระงับแรงดันไฟฟ้าเกินและ crosstalk ไดโอดการปราบปรามชั่วคราวสามารถลดความเครียดทางไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพบนประตูและลดความเสี่ยงของความเสียหายของประตูซึ่งจะเป็นการปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความเสถียรของประตูหลอด SIC MOS สิ่งนี้จะช่วยยืดอายุการใช้งานของหลอด SIC MOS ลดความล้มเหลวของอุปกรณ์ที่เกิดขึ้นและปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบวงจรทั้งหมด

ในด้านของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงาน ฯลฯ ความน่าเชื่อถือและความเสถียรของอุปกรณ์มีความสำคัญ การใช้ไดโอดการปราบปรามชั่วคราวเพื่อป้องกันประตูสามารถทำให้มั่นใจได้ว่าการทำงานของอุปกรณ์ในระยะยาวและลดต้นทุนการบำรุงรักษา