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对4H-SiC MOSFET双极性退化机制的新见解
A Novel Insight Into the Mechanism of Bipolar Degradation in 4H-SiC MOSFET
| 作者 | Yangtao Long · Yuan Chen · Pengkai Wang · Bo Hou · Hu He |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 碳化硅MOSFET 双极退化 直流应力 脉冲电流应力 退化机制 |
语言:
中文摘要
在变流器应用中，碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）的体二极管常被用作续流二极管以降低成本和节省空间，这可能会导致器件出现双极退化现象。本文分析并比较了 1200 V SiC MOSFET 在直流和脉冲电流应力条件下的双极退化机制。研究表明，直流应力下的退化速度比脉冲应力下更快，这是因为在脉冲电流关断状态期间，器件中的位错会收缩，从而使整体退化速度变慢。在较低的直流电流密度下，双极退化过程在退化前会经历一个激活阶段，且随着电流密度的降低，激活时间和退化时间会变长。
English Abstract
In converter applications, the body diode SiC MOSFET is often repurposed as freewheeling diode to reduce cost and save space, it potentially leads the device to bipolar degradation. This letter analyzes and compares the bipolar degradation mechanisms of a 1200 V SiC MOSFET under both DC and pulsed current stress conditions. The study reveals that degradation under DC stress occurs at a faster rate than that under pulsed stress, due to the contraction of dislocations in the device during the off-state of pulsed current, the overall degradation becomes slower. At lower DC current densities, the bipolar degradation process exhibits an activation phase before degradation, with longer activation and degradation time observed as current density decreases.
S
SunView 深度解读
作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商，阳光电源产品中大量应用SiC MOSFET器件以提升功率密度和转换效率。该论文揭示的双极退化机制对我司产品可靠性具有重要指导意义。
在光伏逆变器和储能变流器应用中，为降低成本和优化空间布局，我们通常将SiC MOSFET的体二极管用作续流二极管。这种设计虽然经济高效，但确实会使器件面临双极退化风险。论文发现直流应力下的退化速率显著快于脉冲应力，这为我们的热管理和控制策略优化提供了理论依据。通过优化PWM调制策略，在关断期间利用位错收缩效应，可有效延缓器件退化进程，这对提升逆变器25年全生命周期可靠性具有实际价值。
论文揭示的低电流密度下"激活阶段"现象尤为关键。在储能系统的轻载和待机工况下，器件长期工作在较低电流密度区间，这意味着退化过程具有更长的潜伏期。这一发现可指导我们重新评估加速老化测试方法，避免过度设计导致的成本增加，同时建立更精准的寿命预测模型。
从技术应用角度看，该研究成果已具备工程化价值。建议我司研发团队将这些退化机理纳入器件选型标准和系统级FMEA分析中，特别是在大功率集中式逆变器和工商业储能系统中优先验证。同时，可与SiC器件供应商合作，基于实际工况数据开展定制化可靠性测试，进一步巩固我们在高可靠性电力电子系统领域的技术领先地位。