Silicon Carbide, a wide band gap (WBG) semiconductor, has pushed electrical limits beyond Silicon (Si) when it comes to power electronics. It has offered the electrification of society showing promise for a greener future. However, owing to higher material defects, particularly at the oxide/semiconductor interface, threshold voltage (VTH) instability has been a persistent problem. This thesis examines the drift in VTH when a bipolar ac gate bias stress is applied to 4H-SiC MOSFETs. For this purpose, a gate stress setup using a gate driver IC is created. This is followed by a measure-stress-measure (MSM) sequence at varying gate voltages to study the effects of VGS,on, VGS,off, and voltage overshoots on the drift. Two critical VGS,off biases are found. The drift is negligible until the first critical point, accelerated, between the first and second bias, and decelerated beyond the second point with degradation of the oxide. Overshoots/undershoots in the gate drive loop shows an excess drift of 37.77% with only undershoots contributing entirely to this percentage. Drift at higher temperature is smaller than at room temperature but with changing slope. After 400 hours of stress at +18/ − 8V, a VTH drift of 17.5% while a RDS,on drift of only 2.5 % is measured. End of life VTH for devices in this thesis show a drift of 280mV at the automotive application switching limit and 500mV at the solar applications switching limit. The findings are intended for better understanding of device performance limits at high switching cycles and voltage biases. / Bredbandgapsmaterialet kiselkarbid har utvidgat gränserna för kraftelektronikens elektriska prestanda jämfört med vad som går att åstadkomma med kisel. Kiselkarbiden har gett nya möjligheter för samhällets elektrifiering vilket är lovande för en grön framtid. På grund av materialdefekter speciellt vid gränsytan mellan kiselkarbid (SiC) och kiseldioxid har det varit ett bestående problem med drivande tröskelspänning. Det här examensarbetet undersöker drift för tröskelspänningen då gate-terminalen i en 4H-SiC MOSFET utsätts för en bipolär alternerande spännings-stress. För detta ändamål har en mätuppställning med en IC-krets för gate-styrning byggts upp. Detta följs av en mät-stress-mät sekvens för varierande gate-source spänningar (VGS) för att studera effekter av VGS,on,VGS,off och spännings-överslängar på tröskelspänningsdriften. Två kritiska nivåer för VGS,off har påvisats. Tröskelspänningsdriften är försumbar före den första nivån, accelererad mellan den första och andra nivån, och retarderad efter den andra nivån med degradering av gate-oxiden. För överslängar och underslängar i gate-spänningen syns en extra tröskelspänningsdrift på 37.77 % där enbart underslängarna bidrar till driften. Tröskelspänningsdriften vid högre temperatur är mindre än vid rumstemperatur men med förändrad lutning för subtröskelspänningskarakteristiken. Efter 400 timmars stress med +18V/-8V, uppmättes en tröskelspänningsdrift på 17.5 % men endast 2.5 % drift för on-resistansen. Vid slutet av förväntad livstid i form av switch-cykler uppmättes 280 mV drift för biltillämpningar och 500 mV för solpanelstillämpningar. Resultaten är ämnade att förbättra förståelsen för komponentprestandans begränsningar efter ett stort antal switch-cykler och olika gate-source spänningar.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-329588 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Saha, Agnimitra |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:346 |
Page generated in 0.0035 seconds