【CASICON 2021】美国弗吉尼亚理工大学张宇昊:SiC MOSFET和GaN HEMT在过压开关中的鲁棒性

日期:2021-09-16     来源:半导体产业网    
核心提示:在电力电子系统中,负载端的浪涌能量以及串联开关的电压分配不均常常造成器件在开关过程中承受超过额定电压的瞬态过压。功率器件在开关过程中承受反复瞬态过压的能力是其鲁棒性的关键指标之一。
9月13-14日,“2021中国(南京)功率与射频半导体技术市场应用峰会(CASICON 2021)”在南京召开。本届峰会由半导体产业网、第三代半导体产业主办,并得到了南京大学、第三代半导体产业技术创新战略联盟的指导。
 张宇昊
会上,美国弗吉尼亚理工大学电力电子系统中心助理研究员张宇昊带来了题为“SiC MOSFET 和 GaN HEMT 在过压开关中的坚固性”的主题报告,在电力电子系统中,负载端的浪涌能量以及串联开关的电压分配不均常常造成器件在开关过程中承受超过额定电压的瞬态过压。功率器件在开关过程中承受反复瞬态过压的能力是其鲁棒性的关键指标之一。
 
报告指出,其团队工作创新性地研究了商用碳化硅和氮化镓器件在反复过压开关中的鲁棒性,包括失效和老化过程及机理。与之前的静态鲁棒性表征手段(如HTRB, high-temperature reverse-bias)不同的是,研究搭建了基于电路的过压表征平台,可模拟器件在实际应用中经历的高开关频率及电压转化速率(dv/dt),并检测器件在百万次量级过压开关过程中的老化过程。研究工作创新性地发现了: (a)碳化硅器件在瞬态过压开关中新的老化机制;(b)氮化镓器件和碳化硅器件在过压失效过程中的不同机理;(c)氮化镓器件在过压开关中的老化机理及其与碳化硅器件的不同。这些结果对两种主流的宽禁带功率器件在电动汽车逆变器和电网等应用中的监测和保护提供了新的理解和指导。
 
嘉宾简介
张宇昊现在是美国弗吉尼亚理工大学电力电子研究中心(Center for Power Electronics Systems, CPES)助理教授,并领导该中心的器件和功率半导体研究。该中心由Fred Lee创立,现得到超过80家公司的资助,拥有电力电子领域基于高校的最大的产业联盟之一。
 
张宇昊研究兴趣包括功率器件、宽禁带和超宽禁带半导体材料、器件封装、以及电力电子应用。张宇昊已发表文章90余篇,涵盖多个领域(IEDM, EDL, APL, T-PEL, JESTPE, APEC, IRPS, Nature等),并有4个已经授权的美国专利。并获得2017年麻省理工学院Microsystems Technology Laboratories最佳博士论文奖、2019年IEEE George Smith Award (IEEE EDL年度最佳论文奖)、2020年IEDM Conference Highlight荣誉、2021年美国National Science Foundation CAREER奖、2021年弗吉尼亚理工优秀助理教授奖。其博士生获得2021 APEC最佳报告奖、2021 IEEE Power Electronics Society最佳博士论文奖等奖项。

参考文献:

[1]    R. Zhang, J. P. Kozak, M. Xiao, J. Liu, and Y. Zhang, “Surge-Energy and Overvoltage Ruggedness of P-Gate GaN HEMTs,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 35, no. 12, pp. 13409–13419, Dec. 2020, doi: 10.1109/TPEL.2020.2993982.

[2]    R. Zhang, J. P. Kozak, Q. Song, M. Xiao, J. Liu, and Y. Zhang, “Dynamic Breakdown Voltage of GaN Power HEMTs,” in 2020 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), Dec. 2020, p. 23.3.1-23.3.4. doi: 10.1109/IEDM13553.2020.9371904.

[3]    J. P. Kozak, R. Zhang, Q. Song, J. Liu, W. Saito, and Y. Zhang, “True Breakdown Voltage and Overvoltage Margin of GaN Power HEMTs in Hard Switching,” IEEE Electron Device Lett., vol. 42, no. 4, pp. 505–508, Apr. 2021, doi: 10.1109/LED.2021.3063360.

[4]    J. P. Kozak, R. Zhang, J. Liu, K. D. T. Ngo, and Y. Zhang, “Degradation of SiC MOSFETs under High-Bias Switching Events,” IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., early access, 2021, doi: 10.1109/JESTPE.2021.3064288.

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