[發明專利]功率晶體管模塊及其控制方法

在審

• 申請號: 202110075785.9
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN113140555A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 顏誠廷;許甫任;洪湘婷
• 申請（專利權）人: 即思創意股份有限公司
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H03K17/687
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 張燕華

一種功率晶體管模塊，包括:一個功率晶體管元件以及一個與功率晶體管元件電性連接的控制電路。控制電路輸出至少一個柵極電壓以驅動功率晶體管元件，并響應由外部輸入或由功率晶體管元件反饋的至少一個信號來調節柵極電壓；其中柵極電壓大于功率晶體管元件的臨界電壓，且柵極電壓的擺幅與信號呈單調遞增或單調遞減的函數關系。

技術領域

本說明書是有關于一種電力電子模塊及其控制方法，特別是有關于一種功率晶體管(power transistor)模塊及其控制方法。

背景技術

不同的電子設備的電力系統，在電力傳輸使用的過程中，必定經過多次的功率轉換，例如直流/交流互轉(AC/DC)或直流/直流轉換(DC/DC)。隨著電力需求的增加，以及節電意識的抬頭，用來降低每一次轉換時的功率損耗(power loss)的電力電子元件技術日漸受到重視。功率晶體管，例如金屬-氧化物-半導體場效晶體管(Metal-Oxide-SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET)、絕緣柵極雙極性晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)、接面場效晶體管(Junction Gate Field Effect Transistor，JFET)、高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)、異質結構場效晶體管(Heterostructure Field Effect Transistor，HFET)或調制摻雜場效晶體管(Modulation-Doped Field Effect Transistor，MODFET)等，由于具備單極性及電壓控制的特性，且具有較高輸入阻抗、較低的驅動功率、導通電阻值和切換損耗、較快的切換速度以及較大的安全操作區域等技術優勢，是最常被應用于功率轉換系統中的電力電子元件。

在一般操作中，使用較高的柵極電壓(gate voltage,Vgs)，可以增加功率晶體管元件導通狀態下的電流密度，降低功率晶體管元件導通損耗(conduction loss)。然而，施加較高的柵極電壓或是高電流密度可能會造成柵極和柵極介電層介面的鍵結斷裂鍵，導致介面的陷阱電荷(dangling bond)和氧化層固定正電荷(fixed charge in oxide layer)等缺陷的產生，而產生電性的偏移；而施加較高的柵極電壓時，也會使柵極絕緣層所承受的電場提高，而柵極絕緣層的壽命(lifetime)與其所承受的電場成反比，因而影響元件的使用壽命。

碳化硅(SiC,Silicon Carbide)是一種寬能隙(wide band gap)半導體材料，具有比傳統的硅更高的介電崩潰強度(strength of dielectric breakdown，指材料所能承受的電場強度)，使以碳化硅所制作功率元件，例如SiC MOSFET與SiC IGBT能提供比SiMOSFET或Si IGBT更低的導通損耗以及切換損耗，進而提高電力電子系統的效率并節省能源的耗用。碳化硅MOSFET或IGBT與傳統的硅MOSFET或IGBT相比，由于其通道遷移率(channel mobility)較低，通道電阻占元件整體導通電阻的比例較高，再加上其電子的飽和漂移速度(saturated drift velocity of electron)較高，因此其導通電阻可隨著柵極電壓的增加而持續下降。