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功率MOSFET低温特性研究

作　者: 胡高宏
导　师: 丘明
学　校: 中国科学院研究生院（电工研究所）
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 功率 MOSFET 低温数学计算 BUCK 电路
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

早在80 年代后期,功率器件在低温下表现出来的优异特性就引起了人们的注意。其中,由于功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)在低温下可以稳定的工作,并且其反映开关损耗的重要参数通态阻抗随着温度的降低大幅度下降,所以被认为最适合工作于低温环境。本文首先搭建了功率MOSFET 主要参数在77K-300K 内的测试平台,给出了参数低温下的测试方法,实验测试了功率MOSFET 阀值电压、通态阻抗、击穿电压、转移特性、输出特性和开关特性从77K-300K 的变化。并在硅材料重要参数温度模型的基础上对功率MOSFET 重要参数的宽温区数学模型进行了数学计算,由数学计算和实验结果可以看出:低温下功率MOSFET 通态阻抗变小,开关时间缩短,跨导以及最大饱和漏极电流增大,这些变化使得功率MOSFET 低温下损耗减小,工作频率更高,栅源电压对漏极电流控制能力增强,正向偏置安全工作区增大,器件整体性能得到改善;而低温下阀值电压的增加和击穿电压的减小由于变化的幅度都不是很大,基本上对器件低温下的应用不会造成太大的影响。同时,针对不同参数的实验曲线,从半导体物理角度给出了相应的理论分析。在器件研究的基础上,研制了200W、50V/20V、开关频率25kHZ 的BUCK 电路,完成了电路中有源和无源器件常温和低温下的测试比较,实验中分别对电路工作于开环和闭环状态在常温和低温下的转换效率进行了测试,从测试结果可以看出,电路的工作效率在低温环境下提高了5 个百分点左右。

全文目录

第一章绪论  8-19
  1.1 低温下功率器件研究的意义  8-10
  1.2 低温下功率器件以及电路的研究现状  10-13
    1.2.1 低温功率器件的研究现状  10-11
    1.2.2 低温下电路的研究现状  11-13
  1.3 低温电子技术的应用领域  13-15
  1.4 本论文的主要工作  15-16
  参考文献  16-19
第二章功率MOSFET工作原理及基本特性  19-33
  2.1 功率MOSFET内部结构  19-21
  2.2 功率MOSFET基本工作原理  21-23
  2.3 功率 MOSFET 的主要参数  23-26
  2.4 功率 MOSFET 的基本特性  26-32
    2.4.1 静态特性  26-27
    2.4.2 动态特性  27-32
  参考文献  32-33
第三章硅材料重要参数低温下的特性分析  33-48
  3.1 硅载流子统计  33-35
  3.2 硅禁带宽度  35-37
  3.3 硅本征载流子浓度  37-39
  3.4 硅载流子迁移率  39-42
    3.4.1 体载流子迁移率  40-41
    3.4.2 反型层电子迁移率  41-42
    3.4.3 积累层电子迁移率  42
  3.5 硅载流子寿命  42-46
  参考文献  46-48
第四章实验测试平台的搭建以及测试方法的介绍  48-59
  4.1 实验测试硬件平台的搭建  48-49
  4.2 仪器控制接口GPIB  49-50
    4.2.1 GPIB的简单介绍  49-50
    4.2.2 GPIB仪器的连接  50
  4.3 实验测试主程序以及数字表驱动程序的编写  50-55
    4.3.1 LABVIEW程序的组成  50-51
    4.3.2 测试主程序的编写  51-54
    4.3.3 数字表驱动程序的编写  54-55
  4.4 实验的测试方法  55-58
    4.4.1 通态阻抗低温下的测试方法  55
    4.4.2 阀值电压低温下的测试方法  55-56
    4.4.3 开关特性低温下的测试方法  56-57
    4.4.4 击穿电压低温下的测试方法  57-58
  参考文献  58-59
第五章功率MOSFET主要参数随温度变化的测试结果  59-80
  5.1 阀值电压  59-63
  5.2 击穿电压  63-67
  5.3 通态阻抗  67-72
  5.4 转移特性和输出特性  72-74
  5.5 正向偏置安全工作区和开关特性  74-79
  参考文献  79-80
第六章 200瓦BUCK电路在77K下的研究  80-90
  6.1 无源和有源器件低温下的测试以及电路常温下的仿真  80-83
  6.2 常温和低温下BUCK电路的性能比较  83-89
  参考文献  89-90
第七章结论  90-92
硕士期间发表的论文  92-93
致谢  93-94

功率MOSFET低温特性研究

内容摘要

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