Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.2
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pp.353-360
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2017
Recently, due to physical limitation of Si based power semiconductor, development speed of switching power semiconductors is falling and it is difficult to expect any further performance improvements. SiC based power semiconductor with superior characteristic than Si-based power semiconductor have been developed to overcome these limitations. however, there is not method to apply for real system. Therefore, suggested the feasibility and solution for SiC-based power semiconductor system. design to 1kW class DC-DC boost converter and demonstrated the superiority of SiC MOSFET under the same operating conditions by analyzing switching frequency, duty ratio, voltage and current, and comparing with Si based power semiconductor through experimental efficiency according to each system load. The SiC MOSFET has high efficiency and fast switching speed, and can be designed with small inductors and capacitors which has the advantage of volume reduction of the entire system.
This paper introduces an enhanced interleaved (IL) PFC (Power Factor Correction) boost converter typed 650V Intelligent Power Module (IPM), which is fully optimized hybrid IGBT converter modules; Silicon (Si) IGBT and Silicon Carbide (SiC) diode, for up to 10kW HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) systems. It utilizes newly developed $4^{th}$ Generation Field Stop (FS) trench IGBTs, $EXTREMEFAST^{TM}$ anti-paralleled diodes, SiC Junction Barrier Schottky (JBS) diodes, Bridge rectifiers, Multi-function LVIC, and Built-in thermistor provide good reliable characteristics for the entire system. This module also takes technical advantage of DBC (Direct Bonded Copper) substrate for the better thermal performance. It is shown that the Si IGBT/SiC diode hybrid IL PFC module can achieve excellent EMI performance and greatly enhance the power handling capability or switching frequency of various applications compared to the Si IGBT/Diode. This paper provides an overall description of the newly developed 650V/50A Hybrid SiC IL PFC IPM product.
Jo, Yoo Jin;Moon, Jeong Hyun;Seok, Ogyun;Bahng, Wook;Park, Tae Joo;Ha, Min-Woo
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.17
no.2
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pp.265-270
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2017
4H-SiC has attracted attention for high-power and high-temperature metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) for industrial and automotive applications. The gate oxide in the 4H-SiC MOS system is important for switching operations. Above $1000^{\circ}C$, thermal oxidation initiates $SiO_2$ layer formation on SiC; this is one advantage of 4H-SiC compared with other wide band-gap materials. However, if post-deposition annealing is not applied, thermally grown $SiO_2$ on 4H-SiC is limited by high oxide charges due to carbon clusters at the $SiC/SiO_2$ interface and near-interface states in $SiO_2$; this can be resolved via low-temperature deposition. In this study, low-temperature $SiO_2$ deposition on a Si substrate was optimized for $SiO_2/4H-SiC$ MOS capacitor fabrication; oxide formation proceeded without the need for post-deposition annealing. The $SiO_2/4H-SiC$ MOS capacitor samples demonstrated stable capacitance-voltage (C-V) characteristics, low voltage hysteresis, and a high breakdown field. Optimization of the treatment process is expected to further decrease the effective oxide charge density.
Power electronics is a key technology for electric, hybrid, plug-in hybrid, and fuel cell vehicles. Typical power electronics converters used in electric drive vehicles include dc/dc converters, inverters, and battery chargers. New semiconductor materials such as silicon carbide (SiC) and novel topologies such as the Z-source inverter (ZSI) have a great deal of potential to improve the overall performance of these vehicles. In this paper, a Z-source inverter for fuel cell vehicle application is examined under three different scenarios. 1. a ZSI with Si IGBT modules, 2. a ZSI with hybrid modules, Si IGBTs/SiC Schottky diodes, and 3. a ZSI with SiC MOSFETs/SiC Schottky diodes. Then, a comparison of the three scenarios is conducted. Conduction loss, switching loss, reverse recovery loss, and efficiency are considered for comparison. A conclusion is drawn that the SiC devices can improve the inverter and inverter-motor efficiency, and reduce the system size and cost due to the low loss properties of SiC devices. A comparison between a ZSI and traditional PWM inverters with SiC devices is also presented in this paper. Based on this comparison, the Z-source inverter produces the highest efficiency.
Sharma, Ashutosh;Lee, Soon Jae;Jang, Young Joo;Jung, Jae Pil
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.21
no.2
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pp.71-78
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2014
Silicon has been most widely used semiconductor material for power electronic systems. However, Si-based power devices have attained their working limits and there are a lot of efforts for alternative Si-based power devices for better performance. Advances in power electronics have improved the efficiency, size, weight and materials cost. New wide band gap materials such as SiC have now been introduced for high power applications. SiC power devices have been evolved from lab scale to a viable alternative to Si electronics in high-efficiency and high-power density applications. In this article, the potential impact of SiC devices for power applications will be discussed along with their Si counterpart in terms of higher switching performance, higher voltages and higher power density. The recent progress in the development of high voltage power semiconductor devices is reviewed. Future trends in device development and industrialization are also addressed.
Kim, Sang-Cheol;Bahng, Wook;Kim, Nam-Kyun;Kim, Eun-Dong
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.07a
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pp.353-356
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2004
This paper discribes the analysis of the I-V characteristics of 4H-SiC DiMOSFET with single epi-layer Silicon Carbide has been around for over a century. However, only in the past two to three decades has its semiconducting properties been sufficently studied and applied, especially for high-power and high frequency devices. We present a numerical simulation-based optimization of DiMOSFET using the general-purpose device simulator MINIMIS-NT. For simulation, a loin thick drift layer with doping concentration of $5{\times}10^{15}/cm^3$ was chosen for 1000V blocking voltage design. The simulation results were used to calculate Baliga's figure of Merit (BFOM) as the criterion structure optimization and comparison.
SiC is replacing the position of silicon in the power semiconductor field due to its superior resistance to adverse conditions such as high temperature and high voltage compared to silicon, which occupies the majority of existing industrial fields. In this paper, the gate of 4H-SiC Planar MOSFET, one of the power semiconductor devices, was formed with aluminium to make the contrast and parameter values consistent with polycrystalline Si gate, and the threshold voltage, breakdown voltage, and IV characteristics were studied by varying the channel doping concentration of SiC MOSFET.
Sharma, Y.K.;Coulbeck, L.;Mumby-Croft, P.;Wang, Y.;Deviny, I.
Journal of the Korean Physical Society
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v.73
no.9
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pp.1356-1361
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2018
Replacing conventional Si diodes with SiC diodes in Si insulated gate bipolar transistor (IGBT) modules is advantageous as it can reduce power losses significantly. Also, the fast switching nature of the SiC diode will allow Si IGBTs to operate at their full high-switching-speed potential, which at present conventional Si diodes cannot do. In this work, the electrical test results for Si-IGBT/4HSiC-Schottky hybrid substrates (hybrid SiC substrates) are presented. These substrates are built for two voltage ratings, 1.7 kV and 3.3 kV. Comparisons of the 1.7 kV and the 3.3 kV Si-IGBT/Si-diode substrates (Si substrates) at room temperature ($20^{\circ}C$, RT) and high temperature ($H125^{\circ}C$, HT) have shown that the switching losses in hybrid SiC substrates are miniscule as compared to those in Si substrates but necessary steps are required to mitigate the ringing observed in the current waveforms. Also, the effect of design variations on the electrical performance of 1.7 kV, 50 A diodes is reported here. These variations are made in the active and termination regions of the device.
In this paper, recent researches on new and renewable energy have been conducted due to problems such as energy exhaustion and environmental pollution, and new researches on high efficiency and high speed switching are needed. Therefore, we compared the efficiency by using high speed switching devices instead of IGBT which can't be used in high speed switching. The experiment was performed theoretically by applying the same parameters of the high speed switching devices which are the Cool MOS of Infineon Co., SiC C3M of Cree, and GaN FET device of Transform, by implementing the DC-DC boost converter and measuring the actual efficiency for output power and frequency. As a result, the GaN FET showed good efficiency at all switching frequency and output power.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.30
no.2
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pp.43-51
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2023
In this paper, we introduce the development trends of power devices which is the key component for power conversion system in electric vehicles, and discuss the characteristics of the next-generation wide-bandgap (WBG) power devices. We provide an overview of the characteristics of the present mainstream Si insulated gate bipolar transistor (IGBT) devices and technology roadmap of Si IGBT by different manufacturers. Next, recent progress and advantages of SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) which are the most important unipolar devices, is described compared with conventional Si IGBT. Furthermore, due to the limitations of the current GaN power device technology, the issues encountered in applying the power conversion module for electric vehicles were described.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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