Quan điểm: 0 Tác giả: Trình chỉnh sửa trang web Thời gian xuất bản: 2025-04-10 Nguồn gốc: Địa điểm
Suy nghĩ và giải quyết vấn đề cổng của ống sic mos
Là một loại thiết bị bán dẫn năng lượng mới, SIC MOS Tube đã được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện năng lượng mới, quang điện, lưới thông minh và các lĩnh vực khác trong những năm gần đây với sự trưởng thành của công nghệ. Nó có những ưu điểm đáng kể như tốc độ chuyển đổi nhanh, độ bền thấp và khả năng chống nhiệt độ cao, và dần dần trở thành một sự thay thế mạnh mẽ cho các thiết bị dựa trên silicon truyền thống.
Lấy các phương tiện năng lượng mới làm ví dụ, các ống SIC MOS được sử dụng trong các bộ biến tần trên tàu để cải thiện hiệu quả chuyển đổi năng lượng, giảm mất năng lượng và do đó tăng phạm vi bay của xe. Trong trường quang điện, các bộ biến tần quang điện sử dụng các ống SiC MOS có thể đạt được mật độ công suất cao hơn và hiệu quả chuyển đổi, giảm chi phí hệ thống.
Tầm quan trọng của việc nghiên cứu vấn đề cổng
Là đầu kiểm soát chính của ống SIC MOS, hiệu suất và độ tin cậy của nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định và tuổi thọ của toàn bộ thiết bị. Khi cổng bị hỏng, ống SIC MOS sẽ không hoạt động đúng, dẫn đến sự cố của toàn bộ hệ thống mạch; Là một loại thiết bị bán dẫn năng lượng mới, SIC MOS Tube đã được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện năng lượng mới, quang điện, lưới thông minh và các lĩnh vực khác với sự trưởng thành của công nghệ trong những năm gần đây. Nó có những ưu điểm đáng kể như tốc độ chuyển đổi nhanh, độ bền thấp và khả năng chống nhiệt độ cao và dần dần trở thành một sự thay thế mạnh mẽ cho các thiết bị dựa trên silicon truyền thống.
Tổng quan về cấu trúc quy trình chip
Cấu trúc quy trình chip của ống SIC MOS chủ yếu bao gồm chất nền, lớp epiticular, nguồn, cống, cổng và lớp cách điện. Trong số đó, chất nền thường được làm bằng vật liệu cacbua silicon, có đặc điểm của độ dẫn nhiệt cao và cường độ điện trường phá vỡ cao, cung cấp hỗ trợ vật lý tốt và nền tảng điện cho thiết bị. Lớp epiticular phát triển trên đế và được sử dụng để kiểm soát chính xác các tham số điện của thiết bị.
Nguồn và cống được đặt ở cả hai mặt của chip, là đầu vào và đầu ra của dòng điện. Cổng được tách ra khỏi kênh bằng một lớp cách điện. Sự dẫn truyền và cắt của kênh được điều khiển bằng cách áp dụng điện áp, do đó nhận ra sự điều chỉnh của dòng điện. Lớp cách điện thường được làm bằng các vật liệu như silicon dioxide, và chất lượng và độ dày của nó có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất của cổng.
|
|
Vị trí và chức năng của cổng trong chip
Vị trí: Cổng nằm giữa nguồn và cống, và nằm sát kênh thông qua lớp cách điện. Chức năng chính của nó là kiểm soát độ dẫn của kênh thông qua hiệu ứng điện trường và để đạt được sự kiểm soát chính xác của việc dẫn và tắt ống sic mos. Khi một điện áp dương được áp dụng cho cổng, các electron được tạo ra trong kênh để tạo thành một kênh dẫn điện, bật lên ống sic mos; Khi điện áp cổng bằng không, các electron trong kênh biến mất, kênh dẫn điện được đóng lại và ống sic mos bị tắt.
Chức năng: Hàm điều khiển của cổng giống như công tắc của vòi, có thể điều chỉnh chính xác kích thước và tắt của dòng nước (dòng điện), đảm bảo rằng ống SIC MOS hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong các ứng dụng mạch khác nhau.
Phân tích lý do tại sao cổng dễ dàng bị hư hại
Cơ chế hoạt động của tụ điện Miller
Do các yếu tố như chiều rộng polysilicon, chiều rộng kênh và rãnh, độ dày lớp oxit G-cực, cấu hình pha tạp PN, ống SIC MOS sẽ tạo ra điện dung ký sinh, trong đó CGD tụ điện Miller đóng vai trò quan trọng. CGD không hằng số, nó sẽ thay đổi nhanh chóng với sự thay đổi điện áp giữa cổng và cống
Khi ống MOS bên cao đột nhiên được bật, điện áp thoát nước của ống MOS bên thấp sẽ tăng ngay lập tức. Tại thời điểm này, một dòng điện có kích thước của điện dung Miller nhân với tốc độ thay đổi điện áp sẽ được tạo ra trên tụ Miller của ống MOS phía thấp. Nếu cổng mở, dòng điện này chỉ có thể sạc tụ CGS bên dưới, điều này sẽ khiến điện áp cổng tăng đột ngột. Khi điện áp cổng vượt quá điện áp đường cổng VTH của ống MOS, ống MOS dễ bị dẫn khí và dẫn điện sai dài hạn sẽ làm hỏng cổng.
Ví dụ về các vấn đề gây ra bởi điện dung ký sinh
Trong một mạch nửa cầu, khi một ống MOS được bật, do sự tồn tại của điện dung Miller, nó sẽ ảnh hưởng đến cổng của một ống MOS khác. Ví dụ, trong một ứng dụng cung cấp năng lượng chuyển đổi, do ảnh hưởng của điện dung Miller, điện áp cổng tăng bất thường, vượt quá phạm vi điện áp cổng và cuối cùng gây ra sự cố và thiệt hại của cổng, khiến toàn bộ nguồn điện không thể hoạt động bình thường.
Nguồn điện áp trong các mạch bên ngoài
Quá điện áp trong các mạch bên ngoài có thể được gây ra bởi nhiều lý do, chẳng hạn như các cuộc tấn công sét, dao động lưới điện, chuyển đổi hoạt động của tải trọng cảm ứng, v.v ... Lightning Strikes có thể tạo ra các xung có điện áp cao tức thời, có thể được truyền đến đường dây điện.
Khi lưới điện dao động, điện áp tăng đột ngột cũng sẽ gây ra mối đe dọa cho ống sic mos.
Khi tải trọng cảm ứng (như động cơ, máy biến áp, v.v.) đột nhiên bị ngắt kết nối, một lực điện động trở lại sẽ được tạo ra, tạo thành một tăng đột biến điện áp rất cao. Những quá áp này có thể được truyền đến cổng của ống sic mos qua mạch, gây ra thiệt hại cho nó.
Nguyên tắc thiệt hại cho cổng bằng điện áp
Khi điện áp trên cổng vượt quá điện áp chịu định mức của nó, oxit cổng sẽ bị hỏng, dẫn đến giảm hiệu suất cách điện giữa cổng và kênh, hoặc thậm chí là một đường ngắn; Điều này sẽ khiến cổng mất quyền kiểm soát kênh và ống sic mos sẽ không hoạt động đúng. Trong trường hợp nghiêm trọng, nó sẽ gây ra thiệt hại vĩnh viễn cho thiết bị
Quá điện áp cũng có thể gây ra các hiệu ứng nhiệt bên trong cổng, khiến nhiệt độ của vật liệu cổng tăng mạnh, khiến hiệu suất của vật liệu giảm dần và làm trầm trọng thêm thiệt hại cho cổng
Đặc điểm nhiệt độ hoạt động của ống sic mos
Mặc dù các ống SIC MOS có hiệu suất nhiệt độ cao tốt, các thông số hiệu suất của chúng vẫn sẽ thay đổi trong môi trường nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ tăng, độ bền của ống SIC MOS sẽ tăng, tốc độ chuyển đổi sẽ giảm và dòng rò sẽ tăng. Những thay đổi trong các tham số này sẽ làm tăng mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị, tạo ra nhiều nhiệt hơn và làm tăng thêm nhiệt độ.
Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn nhất định, nó sẽ ảnh hưởng đến vật liệu và cấu trúc của cổng, làm giảm độ tin cậy của cổng
Tác động của nhiệt độ cao đến vật liệu và cấu trúc cổng
Nhiệt độ cao sẽ làm giảm hiệu suất của vật liệu cách điện của cổng, dẫn đến giảm điện trở cách điện giữa cổng và kênh, làm tăng nguy cơ rò rỉ. Nhiệt độ cao cũng có thể gây ra sự giãn nở nhiệt của vật liệu kim loại cổng, khiến kết nối giữa cổng và các thành phần khác để nới lỏng hoặc phá vỡ, ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của cổng.
Trong một số kịch bản ứng dụng nhiệt độ cao, chẳng hạn như thiết bị điện tử trong khoang động cơ của xe hơi, ống SIC MOS ở trong môi trường nhiệt độ cao trong một thời gian dài và xác suất thiệt hại cho cổng tăng lên đáng kể.
Khiếm khuyết quy trình sản xuất
Các vấn đề về quy trình sản xuất phổ biến
Trong quá trình sản xuất các ống SiC MOS, một số khiếm khuyết quá trình có thể xảy ra, chẳng hạn như lỗ kim trong lớp oxit cổng, ô nhiễm tạp chất, độ lệch quang học, v.v .; Những khiếm khuyết này sẽ gây ra độ dày không đồng đều của lớp oxit cổng và cường độ điện trường địa phương quá mức, do đó làm giảm khả năng điện áp của cổng.
Ô nhiễm tạp chất có thể thay đổi tính chất điện của vật liệu cổng và ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của cổng. Độ lệch quang học có thể gây ra độ chính xác không đủ chiều của cổng, ảnh hưởng đến tính nhất quán hiệu suất của thiết bị.
Làm thế nào các khuyết tật quá trình gây ra thiệt hại cổng
Các lỗ kim trong lớp oxit cổng sẽ trở thành các kênh rò rỉ cho dòng điện. Khi dòng điện đi qua các lỗ kim, hệ thống sưởi cục bộ sẽ được tạo ra, gây ra thiệt hại thêm cho lớp oxit.
Ô nhiễm tạp chất sẽ thay đổi điện trở suất của vật liệu cổng, ảnh hưởng đến sự phân bố điện trường của cổng và tăng nguy cơ phân hủy cổng.
Kích thước cổng không nhất quán gây ra bởi độ lệch quang học sẽ gây ra sự khác biệt về hiệu suất cổng của các thiết bị khác nhau. Trong các ứng dụng thực tế, các cổng có hiệu suất kém dễ bị hư hại hơn.
Giới thiệu về nguyên tắc làm việc cơ bản
SMBJ1505CA là một thiết bị bảo vệ mạch hiệu quả cao và nguyên tắc làm việc của nó dựa trên hiệu ứng phân hủy tuyết lở của ngã ba PN. Khi điện áp trên TV vượt quá điện áp phân hủy, TV sẽ nhanh chóng bật và kẹp quá điện áp ở mức thấp hơn, do đó bảo vệ thiết bị được bảo vệ khỏi tác động của điện áp quá mức. Trong mạch, TV thường được kết nối song song với cổng của ống SIC được bảo vệ. Khi xảy ra quá điện áp thoáng qua, TV sẽ phản hồi trong một thời gian rất ngắn (thường là nano giây) và bỏ qua quá điện áp lên mặt đất, để điện áp cổng vẫn nằm trong phạm vi an toàn.
DIODE ức chế thoáng qua SMBJ1505CA được thiết kế đặc biệt để bảo vệ cổng ống sic mos. Điện áp phân hủy phía trước của nó thường được đặt thành khoảng 15V và điện áp phân tích ngược được đặt thành khoảng -5V. Cài đặt điện áp như vậy có thể phù hợp với phạm vi điện áp vận hành cổng của ống SIC MOS, bảo vệ hiệu quả cổng khỏi bị hư hại bằng quá áp phía trước và đảo ngược. Diode này có các đặc điểm của thời gian đáp ứng nhanh, điện trở động thấp và dung sai công suất xung cao. Thời gian đáp ứng nhanh có thể đảm bảo hành động kịp thời tại thời điểm quá điện áp, điện trở động thấp có thể làm cho điện áp kẹp càng gần với điện áp phân hủy càng tốt và dung sai công suất xung cao đảm bảo rằng diode sẽ không bị hỏng khi chịu xung dòng điện lớn
Lý do sử dụng SMBJ1505CA
Ngăn chặn dao động điện áp cổng do nhiễu xuyên âm gây ra
Trong các ứng dụng như mạch nửa cầu, hành động chuyển đổi của mô-đun ống SIC MOS sẽ gây ra sự dao động điện áp nguồn cổng của công tắc của một mô-đun khác, đó là vấn đề nhiễu xuyên âm. Crosstalk dương có thể làm cho điện áp cổng tăng tích cực và nếu nó vượt quá ngưỡng, nó sẽ gây ra mở sai; Crosstalk âm có thể làm tăng điện áp cổng một cách tiêu cực và vượt quá giới hạn dung sai điện áp âm sẽ gây ra sự cố cổng. Diode ức chế thoáng qua SMBJ1505CA có thể ngăn chặn hiệu quả sự dao động điện áp cổng do nhiễu xuyên âm gây ra. Khi điện áp cổng tăng hoặc giảm bất thường, TV sẽ nhanh chóng bật và kẹp điện áp trong một phạm vi an toàn để ngăn chặn sự mở ra sai và sự cố cổng.
Đối phó với mối đe dọa quá điện áp thoáng qua
Như đã đề cập ở trên, có các mối đe dọa quá điện áp thoáng qua khác nhau trong mạch bên ngoài, chẳng hạn như quá áp được tạo ra bởi các cuộc tấn công sét, dao động lưới điện và công tắc tải cảm ứng. Những quá áp này có thể ngay lập tức vượt quá điện áp chịu được của cổng ống sic mos, gây ra thiệt hại không thể đảo ngược cho cổng.
Các điốt triệt tiêu thoáng qua có thể đáp ứng nhanh chóng tại thời điểm quá điện áp, hạn chế quá điện áp trong phạm vi an toàn, cung cấp sự bảo vệ đáng tin cậy cho cổng của các ống sic mos và đảm bảo rằng thiết bị hoạt động bình thường trong môi trường điện khắc nghiệt.
Lợi ích của việc thêm điốt đàn áp thoáng qua
Bằng cách ngăn chặn quá điện áp và nhiễu xuyên âm, điốt triệt tiêu thoáng qua có thể làm giảm hiệu quả ứng suất điện trên cổng và giảm nguy cơ thiệt hại cổng, do đó cải thiện độ tin cậy và độ ổn định của cổng của các ống SIC MOS. Điều này giúp mở rộng tuổi thọ dịch vụ của các ống SIC MOS, giảm sự cố của các lỗi thiết bị và cải thiện độ tin cậy của toàn bộ hệ thống mạch.
Trong các lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, điện tử năng lượng, v.v., độ tin cậy và tính ổn định của thiết bị là rất quan trọng. Sử dụng điốt triệt tiêu thoáng qua để bảo vệ cổng có thể đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài của thiết bị và giảm chi phí bảo trì.
