嵌入式异质结体二极管的3.3 kV 4H-SiC MOSFET用于低开关损耗

题目：3.3 kV 4H-SiC MOSFET with embeded hetero junction body diode for low switching loss

阅读日期：2023.6.23

受到的启发：

The R_on-sp of the SH-HJD MOSFET is 9.60 mΩ∙cm², which is about 21.6% lower than the 12.25 mΩ∙cm² of the C-MOFSET. This is due to the difference in the expansion of the depletion width in the JFET region.In Fig. 5, since the P+ base region of the SH-HJD MOSFET is smaller than that of the C-MOSFET, the extended depletion width W_P in the JFET region is smaller. Therefore, the path of the current flowing to the N-drift becomes wider, and R_on-sp decreases as the JFET resistance decreases.

The Baliga’s FOM (BFOM) can be calculated by the following equation:
$BFOM=\frac{B{V}^2}{R_{on-sp}}$

研究了什么

该论文提出了一种3.3 kV级别的屏蔽异质结4H-SiC MOSFET器件，具有改进的开关损耗和反向恢复特性。该器件采用P+多晶硅嵌入在分离的4H-SiC P+基底之间的结构。论文通过TCAD模拟研究了所提出的器件的性能，并与传统MOSFET（C-MOSFET）进行了比较。

文章创新点

该论文的创新点包括：

提出了一种具有改进的开关损耗和反向恢复特性的3.3 kV级别的屏蔽异质结4H-SiC MOSFET器件。
引入了P+多晶硅嵌入在分离的4H-SiC P+基底之间的结构，以保护P+多晶硅免受高漏电压的影响，并使其在高电压下稳定运行。
利用P+多晶硅和N漂移层之间的异质结作为单极二极管，以改善反向恢复特性。
进行TCAD模拟，评估所提出的器件的性能，并将其与传统MOSFET（C-MOSFET）进行比较。
证明所提出的器件将BFOM提高了19.12％，将反向恢复电荷降低了93.7％，并将开关损耗降低了61.86％，相比于C-MOSFET。

研究方法

该论文的研究方法是TCAD模拟。通过TCAD模拟评估所提出的器件的性能，并将其与传统MOSFET（C-MOSFET）进行比较。模拟结果表明，所提出的器件在BFOM、反向恢复电荷和开关损耗方面比C-MOSFET表现更好。

得出的结论

该论文得出的结论包括：

所提出的具有改进的开关损耗和反向恢复特性的3.3 kV级别的屏蔽异质结4H-SiC MOSFET器件比传统MOSFET（C-MOSFET）表现更好。
所提出的器件采用P+多晶硅嵌入在分离的4H-SiC P+基底之间的结构，以保护P+多晶硅免受高漏电压的影响，并使其在高电压下稳定运行。
P+多晶硅和N漂移层之间的异质结作为单极二极管，改善了反向恢复特性。
所提出的器件将BFOM提高了19.12％，将反向恢复电荷降低了93.7％，并将开关损耗降低了61.86％，相比于C-MOSFET。
所提出的器件可通过体二极管配置应用于高电压功率系统中。