1200V_36ASiCMOSFET短路特性的实验研究_魏昌俊

第5卷第8期智能电网Vol.5No.82017年8月SmartGridAug.2017DOI：10.14171/j.2095-5944.sg.2017.08.006文章编号：2095-5944(2017)08-0765-08中图分类号：TN306文献标志码：A1200V/36ASiCMOSFET短路特性的实验研究魏昌俊1，孙鹏1，柯俊吉1，赵志斌1，杨霏2(1.新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京市昌平区102206；2.全球能源互联网研究院，北京市昌平区102209)ExperimentalStudyofShort-circuitCharacteristicsof1200V/36ASiCMOSFETWEIChangjun1,SUNPeng1,KEJunji1,ZHAOZhibin1,YANGFei2(1.StateKeyLaboratoryofAlternateElectricalPowerSystemwithRenewableEnergySource(NorthChinaElectricPowerUniversity),ChangpingDistrict,Beijing102206,China;2.GlobalEnergyInterconnectionResearchInstitute,ChangpingDistrict,Beijing102209,China)ABSTRACT:Short-circuitcapabilityisanimportantindicatorformeasuringtheperformanceofpowersemiconductordevices(IGBTs,SiCMOSFETs,etc).However,theshort-circuitcharacteristicsofSiCMOSFETshavenotbeenfullystudied.InordertounderstandthecharacteristicsofSiCMOSFETundershort-circuitconditions,asetofexperimentalplatformfornon-destructiveshort-circuittestingofSiCMOSFETisdesigned.Theinfluencesofparameterslikeshort-circuitpulsewidth,gate-sourcevoltage,gateresistance,drain-sourcevoltage,strayinductance,andcasetemperatureontheshort-circuitcharacteristicsof1200V/36ASiCMOSFETareexperimentallyinvestigated.ThetransientcharacteristicsofSiCMOSFETdeviceswithshortcircuitunderdifferentparametersareevaluatedandanalyzedcomprehensively.KEY word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 S:SiCMOSFET;short-circuitcharacteristics;short-circuittest;experimentalstudy摘要：短路能力是衡量功率半导体器件(IGBT、SiCMOSFET等)性能的重要指标，然而SiCMOSFET的短路性能还没有得到充分的研究。为掌握SiCMOSFET在短路工况下的特性， 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 一套SiCMOSFET非破坏性短路测试实验平台，从短路脉冲宽度、栅源极电压UGS、栅极电阻RG、漏源极电压UDS、杂散电感LS、壳温度TCASE等方面对1200V/36ASiCMOSFET的短路特性进行全参数实验，综合评估和分析SiCMOSFET器件在不同参数下发生短路的开关瞬态特性。关键词：SiCMOSFET；短路特性；短路测试；实验研究0引言长期以来，硅基功率器件主导了电力电子半导体市场和电力系统应用[1]。作为一种新型宽禁带功率半导体器件，SiCMOSFET在中等功率应用等级下被认为最有可能替代硅器件。相比SiMOSFET或SiIGBT而言，SiCMOSFET具有更低的导通电阻，更强的耐高温能力和更快的开关速度[2]，并有望在未来被应用于各种固态功率换流器[3]。目前商业化单芯片SiCMOSFET器件最高阻断电压达到1.7kV，最大电流等级可以实现90A(对应电压等级1.2kV)。尽管一些文献已经报道了高达10kV阻断电压的碳化硅器件，并展示了其优异的开关特性，但是这些器件仍处于实验室研究阶段，离商业化应用还存在一定的距离[4]。虽然中低压SiCMOSFET器件已经比较成熟，但目前还未大规模取代硅基器件，除了较高的成本之外，另一个主要的制约因素就是可靠性问题。尽管SiC器件具有更高的热导率来改善其热特性，然而，由于其芯片面积更小且电流密度更高，使得SiC器件相比硅基器件具有更短的短路耐受时间[5]。因此，为了保证SiCMOSFET能够更加安全可靠地运行，对其在不同工况条件下的短路特性的认识和研究显得十分重要。目前，国外已经在SiCMOSFET的短路特性研基金项目：国家重点研发 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目(2016YFB0400503)。NationalKeyR&DProgramofChina(2016YFB0400503).766魏昌俊等：1200V/36ASiCMOSFET短路特性的实验研究Vol.5No.8究方面开展了很多工作。文献[6]设计了短路测试平台和非钳位电感开关(unclampedinductiveswitching，UIS)测试平台，研究了SiCMOSFET在400V直流母排电压下不同栅极电压、壳温度的短路能力。文献[7-8]对比了不同厂商SiCMOSFET的短路性能，前者研究了不同母排电压、栅源极电压、杂散电感以及外壳温度对短路特性的影响，后者主要在室温下对比临界短路能量并进行连续短路脉冲测试。文献[9]研究了不同壳温度以及栅极电阻对短路失效的影响。文献[10]对商业化SiCMOSFET进行了单脉冲和连续脉冲短路实验，并将实验波形与热成像图结合起来，深入研究限制器件可靠性的退化过程和失效机理。文献[11]采用实验研究和TCAD电热仿真来描述和分析SiCMOSFET短路失效的原因，并通过适当的数值方法解释了某些物理原因对于短路能力的影响。文献[12]介绍了不同栅源极电压、漏源极电压及不同温度对新型1200VSiCMOSFET短路电流的影响。目前对SiCMOSFET短路特性的研究还存在以下问题：测试平台缺少有效的保护；杂散电感的影响讨论不全面，缺乏主回路杂散电感对短路情况下漏源极电压的分析，杂散电感值设置局限于nH；栅极电阻对短路特性的影响实验研究不充分。本文综合并完善了前人的研究工作，首先介绍了基本短路类型并设计了一套带保护的SiCMOSFET短路测试实验平台。然后基于控制变量的原理，在不同的短路脉冲宽度、栅源极电压UGS、栅极电阻RG、漏源极电压UDS、杂散电感LS以及外壳温度TCASE等参数下对SiCMOSFET进行了短路类型SCI测试实验，根据实验结果评估与分析了各参数对SiCMOSFET短路特性的影响。1短路类型与实验平台1.1短路类型标准IEC60747-9将IGBT的短路类型分为2大类，第1类(SCI)是在IGBT开通之前已经发生短路，第2类(SCII)是在IGBT开通后发生短路，即当IGBT处于通态且集射极电压为饱和压降的状态下发生短路。文献[13]提出第3类(SCIII)是当续流二极管正在续流的状态下发生的短路，SCIII经常发生于能量从负载回馈电网的工况下，因为这种情况下反向续流二极管的续流工作时间比IGBT的导通时间长。尽管目前还没有SiCMOSFET器件短路特性的相关标准，但是与IGBT相同，在实际应用工况下，SiCMOSFET也可能会发生这3种短路。1.2短路测试平台搭建为安全可靠地评估各项参数对SiCMOSFET短路特性的影响，避免器件发生爆裂，本文设计并搭建了一套带保护的短路测试平台。测试电路如图1所示。图1短路测试电路原理图Fig.1Schematicofshort-circuittestcircuit被测器件选择CREE公司的第二代SiCMOSFET产品，其主要参数如表1所示。表1被测器件信息Tab.1InformationofDUT型号UDS/VID(@25˚C)/AUGSmax/V封装RDS(on)/mΩC2M0080120D120036–10/+25TO-247-380为了防止被测器件(DUT)因为短路失效时间过长而被严重烧毁，有必要在测试电路中加入一定的保护装置。为此，本文选择了额定值为1700V/450A、短路电流ISC高达2300A的Infineon-FF450R17ME4IGBT模块来充当断路器(Breaker)，其开关迅速并且电压电流等级足以应对SiCMOSFET的短路状况。本文选择TMS320F2812开发板作为IGBT模块和被测器件SiCMOSFET的驱动信号发生装置。为了方便调整栅极驱动电压值并尽量减小线路的杂散参数，本文专门设计了IGBT和SiCMOSFET的驱动电路板，均配备外部驱动电源接口。二极管D1选用的是CREE公司的1200V/33A碳化硅肖特基二极管C4D20120D。Lstray代表主回路原有杂散电感，LS_add1和LS_add2代表额外串入的附加杂散电感，用来改变主回路的杂散电感值。L1为800μH负载电感，CDC代表直流母排电容，UDC代表直流电源，用来给直流母排电容充电至设定值。为了避免短路关断过程中电压过冲超过器件的击穿电压，第5卷第8期智能电网767直流母排电压一般不超过器件额定电压值UN的60%[4]。则由式(1)可得本文短路测试的直流母排电压最大允许设定值UDCmax。DCmaxN60%120060%720VUU(1)根据下式选取合适的直流母排电容：maxDC22DCDCDC2()ECUUU(2)式中：Emax为单次短路测试的最大能耗估计值；∆UDC为单次短路测试造成的直流母排电压降，为了保证每次短路测试前后直流母排电压变动较小，取∆UDC=(1%~5%)UDC进行计算。因此，本文选取2个额定值为420μH/1100V的低杂散参数电容相并联作为直流供电源。实验平台部分硬件如图2所示。为方便更换SiCMOSFET器件，安装了耐温胶木TO247-3封装的测试插座。实验所用示波器为YOKOGAWADLM2054(BW=500MHz)，电压探头为Passiveprobe(BW=500MHz)，电流探头为PEMCWT3罗氏线圈(BW=30MHz)，通过T&MSSDN-414-01同轴电阻确定了罗氏线圈的延时为21ns，测试中需要在示波器端补偿罗氏线圈的延时。图2短路测试硬件平台Fig.2Hardwareplatformofshort-circuittest1.3驱动信号时序依靠断路器(Breaker)和SiCMOSFET的栅极驱动信号时序的紧密配合，本文实验平台能够很方便地实现短路类型SCI、SCII，自定义短路脉冲宽度以及调整Breaker发挥保护作用的时刻。实现2种基本短路类型的驱动信号波形时序如图3所示。1）SCI：首先在t0时刻开通Breaker，然后在间隔∆tI之后给SiCMOSFET开通脉冲信号，此时发生SCI。为了避免Breaker的开通过程与被测器件的开通过程有交集而对被测器件的短路过程造成影响，必须保证Breaker在被测器件开通之前已经完全导通，因此∆tI的时长至少要大于Breaker的开通时间。短路类型SCI的短路脉冲宽度取决于DUT导通的时间ton1。2）SCII：首先在t0时刻开通SiCMOSFET，然后在间隔∆tII之后开通Breaker，即发生SCII。漏极电流ID在∆tII时段中遵循式(3)，在∆tII过程中，电流ID呈线性增长，增长幅度取决于直流母排电压UDC、负载电感值L1和时间∆tII。故∆tII设置的长度取决于预设期望电流ID、UDC及L1的大小。SCII的短路脉冲宽度取决于Breaker和SiCMOSFET同时处于导通的时间ton2。DCD(Δ)1=tUItL(3)以上2种短路测试的关断过程都是在t2时刻先关断SiCMOSFET，然后在间隔数微秒∆tOFF之后立即关断Breaker。断路器(Breaker)的及时关断可以防止SiCMOSFET因为短路失效时间过长而严重烧毁。如果要充分研究SiCMOSFET的短路失效机制，尤其是关断后失效机制，∆tOFF时间需要设置的足够长。(a)短路类型SCI(b)短路类型SCII图3短路测试驱动信号波形图Fig.3Waveformsofdrivesignalofshort-circuittest768魏昌俊等：1200V/36ASiCMOSFET短路特性的实验研究Vol.5No.82短路测试与分析为了评估不同的驱动回路参数(短路脉冲宽度、栅源极电压UGS、栅极电阻RG)、功率主回路参数(漏源极电压UDS、杂散电感LS)以及外壳温TCASE对SiCMOSFET短路特性的影响，本文以短路类型SCI为例进行短路测试实验。为避免短路过程中器件自加热而产生的结温变化对下一次短路实验造成影响，本文在每两次实验之间留有数分钟以上的冷却时间。2.1不同短路脉冲宽度的影响为了研究短路脉冲宽度对短路特性的影响，保持栅极电压18V、栅极电阻37.5Ω、直流母线电压400V、外壳温度20℃不变并且不串入附加杂散电感(即LS_add1,2=0nH)，控制变量为短路脉冲宽度。首次实验短路脉冲宽度为1μs，以1μs步长递增依次进行实验直到SiCMOSFET发生失效。短路电流实验波形如图4所示，在该实验条件下，不同短路脉冲宽度对应的短路电流峰值基本相同，高达210A，为额定电流的5.8倍。较大短路脉冲宽度的短路电流后期衰减速度逐渐降低，趋于平缓。尤为重要的是，在SiCMOSFET器件失效之前，短路电流出现了类似IGBT的拖尾电流现象，并且随着脉宽的增加拖尾幅度逐渐增大。拖尾电流现象可以看作失效的一种前兆，因此要想避免器件因短路发生失效，建议短路保护完全切除故障的时刻不要超过拖尾电流出现的时刻。此外，拖尾电流开始出现的时刻对于设计其他非破坏性短路测试电路也具有重要的意义[14]。图4不同短路脉冲宽度下短路电流波形Fig.4Short-circuitcurrentwaveformwithdifferentshort-circuitpulsewidthSiCMOSFET在短路脉冲宽度为17μs时发生失效，失效情况的栅源极电压波形如图5所示，在正常关断短路电流4μs后发生了栅源极短路失效。失效发生后检测了SiCMOSFET，发现只是栅极和源极发生了短路，而漏极和源极并未击穿。图4短路电流波形显示这种失效模式并没有导致漏极电流ID再次急剧上升，也与此现象一致。文献[8]甚至指出如果这种栅源极短路是可以修复的，那么这种失效反而有利于改善高温工况中器件的短路鲁棒性。同时从图5驱动电压波形可见，短路以后栅源极电压逐渐降低，至脉冲关断的时刻，栅源极电压下降幅度达2V，这是栅极氧化层发生降级的一种反映。文献[7]、[15]将此现象解释为在短路期间，器件承受很高的直流电压和过大的短路电流，内部较高的电场和较薄的栅极氧化物厚度导致栅极漏电流增大，而且短路期间的高能耗产生的局部高温升会进一步增大漏电流。图5失效情况的栅源极电压波形Fig.5Gate-sourcevoltagewaveformunderfailurecondition短路耐受时间tSC和短路临界能量ESC是衡量器件短路能力的重要指标。参照文献[16]，取失效短路脉宽17μs对应的栅源极电压上升沿0.5UGS时刻tI到下降沿0.5UGS时刻tII的时间差为短路耐受时间，tSC=tII–tI=17.213μs。采用式(4)进行短路临界能量估算，得到ESC=837.76mJ。IIISCDDS()()dttEItUtt(4)2.2不同栅源极电压的影响通常，不同的栅源极电压UGS会影响器件的开关速度并且改变导通电阻。为评估栅源极电压对SiCMOSFET短路特性的影响，保持短路脉宽12μs、栅极电阻37.5Ω、直流母线电压400V、外壳温度20℃不变并且不串入附加杂散电感，采用不同的栅源极电压进行短路测试。短路电流实验波形如图6所示。随着UGS的提高，短路电流峰值出现的时刻略微提前，也就是说提高栅源极电压会加快漏极电流第5卷第8期智能电网769ID由正温度系数向负温度系数转变的速度。短路电流峰值与栅极电压的关系如局部放大图所示，随着栅极电压UGS的增大，短路电流的峰值电流IDmax几乎呈线性增大。这是因为SiCMOSFET的导通电阻RON主要包括沟道电阻RCH和漂移区电阻RDRIFT2部分[12]，在短路发生后的初始阶段，沟道电阻占据主导地位，而此时沟道电阻具有负温度系数，随着温度的升高沟道电阻减小，从而短路电流上升。而提高栅源极电压UGS会减小沟道电阻，相当于减小导通电阻，故会提高短路电流峰值。在其他条件相同的情况下，UGS=20V的短路电流峰值高达230.67A，比UGS=14V情况下高出近100A。图6不同栅源极电压下短路电流波形Fig.6Short-circuitcurrentwaveformundervariousUGS可见，栅极电压的大小对短路电流的影响很大，在实际应用中需要特别注意选择合适的栅极驱动电压，过高的驱动电压虽然可以提高器件的开关速度并保证器件充分开通，但是在短路工况下却会为器件带来额外的短路电流冲击。2.3不同栅极电阻的影响SiCMOSFET开通阶段的电流上升斜率与栅极电阻的大小密切相关，这是因为在驱动电压一定的情况下，栅极电阻决定了栅极驱动电流的峰值，进而影响器件栅极电压的上升过程，因此不同的栅极电阻将会导致电流上升斜率的差异。为了评估在短路条件下SiCMOSFET短路电流特性，本文在保证其他条件不变的情况下，改变外部栅极电阻来进行对比研究。在18V栅极偏置电压、15μs短路脉宽、400V直流母线电压、20℃外壳温度、不串入附加杂散电感时，不同栅极电阻的短路电流波形如图7所示。从图7中可以看出，一方面，随着栅极电阻的增大，短路电流峰值的出现时刻略微滞后；另一方面，短路电流峰值与栅极电阻的关系如局部放大图所示，随着栅极电阻的增大，短路电流峰值近乎线性降低，可见栅极电阻对短路电流的影响较大。图7不同栅极电阻下的短路电流波形Fig.7Short-circuitcurrentwaveformwithdifferentgateresistance正常情况下，器件完全开通后栅极驱动电流几乎为0，栅极偏置电压几乎等于外部驱动电源电压。然而，在短路实验中却观察到增大栅极电阻之后，会降低完全开通后的栅源极偏置电压。RG=10Ω、75Ω短路测试下的栅极电压UGS实验波形如图8所示。显然，75Ω下的栅极偏置电压更低，为了合理解释出现这种现象的原因，本文测试了栅极电阻两端的电压GRU和栅极泄漏电流IG_leak，如图9所示。可见，短路发生后栅源极之间出现泄漏电流，泄漏电流在栅极电阻(外阻和内阻)上产生一定的压降，进而造成栅源极电压降低。此外，测试结果还表明，栅极电阻越大，其两端电压降也随之增大，造成器件完全开通后的栅源极偏置电压跌落更严重。由2.2节的结论可知，栅极电压降低会减小短路电流峰值，因此增大栅极电阻会降低短路电流峰值，这与图7短路电流波形展现的规律相一致。2.4不同漏源极电压的影响为评估漏源极电压的影响，保持短路脉宽15μs、栅源极电压18V、栅极电阻37.5Ω、壳温20℃、不串入附加杂散电感，改变每次短路实验的漏源极电压UDS。短路电流实验波形如图10所示。随着漏源极电压UDS的提高，到达短路电流峰值的时间缩短，并且短路电流峰值增大。因为漂移区电阻不仅随着温度的增大而增大，而且由于UDS的增大会使得耗尽层变宽，导致漂移区电阻会随770魏昌俊等：1200V/36ASiCMOSFET短路特性的实验研究Vol.5No.8之增大[12]。电压等级越高，能量耗散越大，导致温度上升速度更快，短路电流由正温度系数向负温度系数转变的速度也更快。在短路电流下降阶段，较高UDS下的短路电流下降速度明显较快，其短路电流值比低UDS更低。这意味着高UDS会显著增加功率密度，加重器件自发热，使导通电阻的增幅更大。图8栅源极电压波形(RG=10Ω、75Ω)Fig.8Gate-sourcevoltagewaveform图9栅极电阻电压和栅极泄漏电流(RG=10Ω、75Ω)Fig.9Gateresistancevoltageandgateleakagecurrent图10不同漏源极电压下短路电流波形Fig.10Short-circuitcurrentwaveformundervariousUDS2.5不同杂散电感的影响测试电路图1中设置了两个串入附加主回路杂散电感的位置。其中，续流二极管D1的存在会使LS_add1对关断阶段漏源极电压尖峰影响很小，而对短路电流却没有影响，因此可以在LS_add1位置串入较大的杂散电感来研究较大主回路杂散电感对短路电流的影响，而不会引起过大的漏源极关断电压尖峰，同时意味着不能用串入LS_add1的方法来研究主回路杂散电感对漏源极关断电压尖峰的影响。而LS_add2只能串入很小的杂散电感来研究较小主回路杂散电感对短路电流和漏源极关断电压的影响。通过在主回路中串入较大数值的不同附加电感LS_add1，模拟较大的功率回路杂散电感LS对短路电流的影响。其他实验条件保持短路脉宽15μs、栅源极电压18V、栅极电阻37.5Ω、直流母线电压300V、壳温20℃。较大功率回路杂散电感对短路电流的影响实验结果如图11所示。一方面，随着杂散电感的增大，短路电流上升速度会明显减慢，到达短路电流峰值的时刻也会发生滞后。另一方面，不同附加杂散电感LS_add等级对短路电流峰值大小的影响却并不显著。可见杂散电感主要对短路电流的上升速度产生影响，对短路电流峰值的影响很小。图11不同杂散电感的短路电流波形Fig.11Short-circuitcurrentwaveformwithdifferentstrayinductance由于短路会产生很高的di/dt，其作用在主回路杂散电感上将对漏源极电压UDS产生极大影响，因此在短路条件下研究不同杂散电感对漏源极电压的影响是很有必要的。为此，需要串入LS_add2并且保证主回路总的杂散电感值不至于产生足以击穿器件的漏源极关断电压过冲。本文首先采用CREE第5卷第8期智能电网771公司提供的SiCMOSFET模型，在LTSPICE中进行了实验条件下的不同杂散电感值对关断阶段漏源极电压过冲影响的仿真，仿真结果如图12所示。可见，800nH的杂散电感就可以使关断阶段的漏源极电压尖峰达到额定电压水平。考虑到主回路原有杂散电感Lstray的存在，故串入300nH以下的LS_add2进行短路实验，漏源极电压的实验波形如图13所示。图12不同杂散电感下漏源极关断电压仿真波形Fig.12SimulationofDrain-Sourceturn-offvoltagewithdifferentparasiticinductance(a)漏源极电压波形(b)关断电压尖峰局部放大图图13不同杂散电感下的漏源极电压实验波形Fig.13ExperimentalDrain-Sourcevoltagewithdifferentparasiticinductance短路关断阶段的电压过冲百分比V定义如下[17]：DSmaxDCVDC100%UUU(5)式中：UDSmax为漏源极关断电压峰值；UDC为直流母排电压。计算得到实验中不同附加杂散电感LS_add对应的短路关断阶段的电压尖峰以及电压过冲百分比如表2所示。可见，随着功率回路杂散电感LS的增大，短路关断阶段的电压尖峰将增大。这主要是由于漏极回路电感增大，导致叠加在直流母排电压上的Ls·di/dt电压增大[17]。因此，为了减小短路关断阶段的电压应力，在设计实际电路时，应该尽量减小漏极回路杂散电感并且在关断短路电流时采用软关断技术。表2不同杂散电感的关断电压应力Tab.2Turn-offvoltagestressunderdifferentLS附加杂散电感/nH关断电压尖峰/V关断电压过冲百分比/%10nH597.5598.1840nH650.83116.94150nH702.60134.20270nH742.18147.392.6不同壳温度的影响为研究不同壳温度对短路电流的影响，保持短路脉宽10μs、栅源极电压18V、栅极电阻37.5Ω、直流母排电压400V、不串入附加杂散电感。控制变量为壳温度TCASE，调节加热器温度并通过热电偶实时监测SiCMOSFET的外壳温度，分别在TCASE为27℃、67℃、108℃、128℃时进行短路测试。短路电流波形如图14所示，随着壳温度的增加，短路电流上升速度几乎不变，到达短路电流峰值的时刻提前，短路电流峰值减小，短路电流下降阶段的电流值略微下降。这主要由于壳温度较图14不同壳温下的短路电流波形Fig.14Short-circuitcurrentwaveformwithdifferentcasetemperature772魏昌俊等：1200V/36ASiCMOSFET短路特性的实验研究Vol.5No.8高的器件在短路过程中的结温度Tj始终保持较高数值，其首先达到电流负温度系数点，导致短路电流峰值时刻提前并且短路电流峰值大小和下降阶段的电流值有所降低。而由于短路过程中的发热都很严重，短路后的结温差异比短路之前的差异要小，以至于不同壳温度对应的短路电流整体差异并不大，但较高的结温度会导致短路耐受能力的降低。3结论本文搭建了一套带保护的SiCMOSFET短路测试实验平台。在此平台通过实验研究了短路脉冲宽度、栅源极电压UGS、栅极电阻RG、漏源极电压UDS、杂散电感LS以及外壳温度TCASE等参数对第二代SiCMOSFET短路特性的影响。研究结果表明：1）当短路脉冲宽度超过一定值后会出现拖尾电流现象，并且随着短路脉宽的增加拖尾现象会愈发严重直至失效。在实验条件下，SiCMOSFET发生栅源极短路失效的时间是17.213μs，短路临界能量ESC=837.76mJ。2）短路电流峰值的大小与UGS、UDS呈正相关，与RG、TCASE呈负相关。而改变功率回路杂散电感LS对短路电流峰值的大小几乎没有影响。3）增大UGS、UDS、TCASE会使短路电流峰值时刻提前，而增大RG、LS会使短路电流峰值时刻推迟。4）增大功率回路杂散电感LS会增大短路关断阶段的电压过冲。参考文献[1]WEIG，LIANGYC，SAMUDRAGS．RealisticsimulationonreversecharacteristicsofSiC/GaNp-njunctionsforhighpowersemiconductordevices[C]//8thInternationalConferenceonPowerElectronics-ECCEAsia．Jeju，SouthKorea：IEEE，2011：1464-1468．[2]AWWADAE，BIRGELP，DIECKERHOFFS．Investigationof1.2kVSiCMOSFETsforhard-andsoft-switchingconverters[C]//EuropeanConferenceonPowerElectronicsandApplications．Lappeenranta，Finland：IEEE，2014：1-10．[3]MAXIMEB，REMYO，THIBAULTC，etal．ElectricalperformancesandreliabilityofcommercialSiCMOSFETsathightemperatureandinSCconditions[C]//EuropeanConferenceonPowerElectronicsandApplications．Geneva，Switzerland：IEEE，2015：1-9．[4]ENIEP，KEREKEST，UHRENFELDTC，etal．Designoflowimpedancebusbarfor10kV,100A4H-SiCMOSFETshort-circuittesterusingaxialcapacitors[C]//InternationalSymposiumonPowerElectronicsforDistributedGenerationSystems：IEEE，2015：1-5．[5]PREZ-TOMSA，BROSSELARDP，GODIGNONP，etal．Field-effectmobilitytemperaturemodelingof4H-SiCmetal-oxide-semiconductortransistors[J]．JournalofAppliedPhysics，2006，100(11)：1009．[6]FAYYAZA，LIY，CASTELLAZZIA．Transientrobustnesstestingofsiliconcarbide(SiC)powerMOSFETs[C]//EuropeanConferenceonPowerElectronicsandApplications．Lille，France：IEEE，2013：1-10．[7]AWWADAE，DIECKERHOFFS．Short-circuitevaluationandovercurrentprotectionforSiCpowerMOSFETs[C]//EuropeanConferenceonPowerElectronicsandApplications．Geneva，Switzerland：IEEE，2015：1-9．[8]OTHMAND，LEFEBVRES，BERKANIM，etal．Robustnessof1.2kVSiCMOSFETdevices[J]．MicroelectronicsReliability，2013，53(9-11)：1735-1738．[9]CHENC，LABROUSSED，LEFEBVRES，etal．Robustnessinshort-circuitmodeofSiCMOSFETs[C]//PCIMEurope2015，InternationalExhibitionandConferenceforPowerElectronics，IntelligentMotion，RenewableEnergyandEnergyManagement；ProceedingsofVDE．Nuremberg，Germany：VDE，2015：1-8．[10]CASTELLAZZIA，FAYYAZA，LIY，etal．Short-circuitrobustnessofSiCpowerMOSFETs:experimentalanalysis[C]//InternationalSymposiumonPowerSemiconductorDevices&Ic's．Waikoloa，HI，USA：IEEE，2014：71-74．[11]ROMANOG，FAYYAZA，RICCIOM，etal．Acomprehensivestudyofshort-circuitruggednessofsiliconcarbidepowerMOSFETs[J]．IEEEJournalofEmerging&SelectedTopicsinPowerElectronics，2016，4(3)：978-987．[12]CASTELLAZZIA，FUNAKIT，KIMOTOT，etal．Short-circuittestsonSiCpowerMOSFETs[C]//InternationalConferenceonPowerElectronicsandDriveSystems．Kitakyushu，Japan：IEEE，2013：1297-1300．[13]LUTZJ，BASLERT．Short-circuitruggednessofhigh-voltageIGBTs[C]//InternationalConferenceonMicroelectronics．Nis，Serbia：IEEE，2012：243-250．[14]WADAK，NISHIZAWASI，OHASHIH．Designandimplementationofanon-destructivetestcircuitforSiC-MOSFETs[C]//PowerElectronicsandMotionControlConference．Harbin，China：IEEE，2012：10-15．[15]REIGOSAPD，IANNUZZOF，LUOH，etal．AshortcircuitsafeoperationareaidentificationcriterionforSiCMOSFETpowermodules[J]．IEEETransactionsonIndustryApplications，2016，50(3)：2880-2887．[16]龚熙国，龚熙战．高压IGBT模块应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2015．[17]柯俊吉，赵志斌，魏昌俊，等．寄生电感对碳化硅MOSFET开关特性的影响[J]．半导体技术，2017，42(3)：194-199．KEJunji，ZHAOZhibin，WEIChangjun，etal．EffectoftheparasiticinductanceonSiCMOSFETswitchingcharacteristics[J]．SemiconductorTechnology，2017，42(3)：194-199(inChinese)．收稿日期：2017-05-10。作者简介：魏昌俊(1990)，男，硕士研究生，主要研究方向为高压大功率碳化硅MOSFET开关特性测试与系统应用，jltxzlpj@163.com；孙鹏(1994)，男，硕士研究生，主要研究方向为高压大功率碳化硅MOSFET开关特性测试与系统应用；柯俊吉(1992)，男，博士，主要研究方向为高压大功率碳化硅MOSFET器件建模、开关特性测试与系统应用；赵志斌(1977)，男，博士，教授，主要研究方向多物理场分析、电力系统电磁环境分析和高压大功率电力电子器件封装设计。(责任编辑杨立涛)