Page 46 - 縱橫半導體檢測—TOF-SIMS扮演要角

DESIGN IDEAS
應用於SMPS之碳化矽功率晶體 驅動電路設計
作者:張家瑞、黃正斌、張哲睿，英飛凌科技應用工程師
相較於矽(Si)功率晶體，碳化矽 (SiC)功率晶體的閘極接面由於更 高的電子陷阱(trap)及接面缺陷密 度，其閘極臨界電壓的遲滯與漂移 特性顯得特別嚴重，例如矽功率晶 體的閘極臨界電壓遲滯僅數mV， 而SiC功率晶體的閘極臨界電壓遲 滯高達數百mV;矽晶體的閘極臨 界電壓漂移並不明顯，反之，在未 經適當的製程及參數調整而長時 間使用後，SiC功率晶體的閘極臨 界電壓可能達到數V，而且依照不 同的閘極驅動電壓大小與極性，會 造成不同的閘極臨界電壓漂移量。
圖1:(a)矽功率晶體的閘極電壓限制;(b) SiC功率晶體的閘極電壓限制。
圖2:參數圖形化SiC功率晶體的閘極電壓限制。
例如以直流(DC)正電壓驅動
若將SiC功率晶體在正負極性 電壓及時間長度限制圖形化，可 以得到如圖2，這是從零件參數角 度來看的閘極電壓值及時間長度
造成閘極臨界電壓的向上漂移， 反之以DC負電壓驅動造成向下漂 移。當SiC功率晶體閘極臨界電壓 向上漂移，會造成其導通電阻隨 著使用時間逐步增加，從而增加 導通損耗;反之，當SiC功率晶體閘 極臨界電壓向下漂移，隨著使用時 間逐步增加，會造成誤導通及可靠 度的降低。
用，必須分別注意所採用的驅動電 壓及驅動電路架構。
上述是SiC功率晶體不同於傳 統矽材料功率晶體的基本特性，製 造商會將這些注意事項放到元件 的資料手冊及應用需知，使用者在 使用前必須先特別注意這些事項。 為了確保SiC功率晶體能被正確使
矽材料功率晶體的閘極崩潰 電壓與閘極二氧化矽層厚度呈正 比，如圖1(a)矽功率晶體的最大 DC閘極驅動電壓為±20V，最大 交流(AC)閘極驅動電壓為±30V， 並沒有電壓極性及時間長度的差 異;反之，SiC功率晶體在驅動電 壓的正負極性電壓及時間長度限 制上，都有不同的限制。
(a) (b)
限制。從驅動電壓來看，實務上使 用SiC功率晶體時，除了必須注意 其閘極電壓限制規格，包括正負極 性的最高限制DC電壓、AC電壓規 格外，閘極臨界電壓的高低及SiC 功率晶體所應用的電路架構才是 決定驅動電路架構的重點。目前 在SiC功率晶體依照採用不同晶粒 (die)結構而有閘極氧化層厚薄之 分，並產生不同閘極臨界電壓的 高低差別。例如採用平面式結構的 SiC功率晶體，其閘極臨界電壓相 對偏低，約為2V左右，採用溝槽式 結構的SiC功率晶體，其閘極臨界 電壓較高，約為4~5V左右。
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具有低閘極臨界電壓(2V)的平