तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थ के रूप में, SiC सभी पहलुओं में Si-आधारित पदार्थों से बेहतर प्रदर्शन करता है। Si अर्धचालक पदार्थों पर आधारित पारंपरिक विद्युत उपकरणों की तुलना में, उभरते SiC विद्युत उपकरणों में तीव्र स्विचिंग गति, उच्च अवरोधक वोल्टेज और उच्च तापमान पर कार्य करने की प्रबल क्षमता जैसे लाभ हैं, और ये भविष्य की विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी की विकास आवश्यकताओं को बेहतर ढंग से पूरा कर सकते हैं।
शंघाई ज़ानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स ने तीन वर्षों के गहन अनुसंधान और विकास एवं कड़ी मेहनत के बाद, 6-इंच SiC MOSFET और SBD प्रक्रियाओं के साथ-साथ SiC MOSFET ड्राइवर चिप्स में महारत हासिल करने वाली चीन की पहली कंपनी बन गई है। यह लेख ज़ानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स के SiC पावर उपकरणों की विश्वसनीयता और अनुप्रयोग के बारे में बताता है, ताकि उपयोगकर्ता उपयोग से पहले निश्चिंत रहें और उपयोग के दौरान चिंता मुक्त रहें, जिससे बेहतर उत्पाद तैयार हो सकें।  
  1. क्या शंघाई ज़ानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स के SiC MOSFET के लिए धनात्मक और ऋणात्मक वोल्टेज तनाव सीमा संबंधी डेटा उपलब्ध है?  
ज़ानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स के SiC MOSFET के गेट वोल्टेज विनिर्देश (+20V/-5V) को JEDEC के अनुसार कड़ाई से प्रमाणित किया गया है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि उत्पाद का कार्य जीवन कमरे के तापमान पर 10 वर्ष से कम नहीं है। गेट वोल्टेज विनिर्देश से अधिक उपयोग वाले अनुप्रयोगों के लिए, दो मुख्य बातों पर विचार करना आवश्यक है।  
सबसे पहले, गेट के जीवनकाल का मॉडल मुख्य रूप से SiO2 के TDDB (टाइम डिपेंडेंट डाइइलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन) मॉडल द्वारा निर्धारित होता है। पहले से ही बड़ी मात्रा में डेटा मौजूद है जो दर्शाता है कि SiC पर विकसित SiO2 डाइइलेक्ट्रिक परत की गुणवत्ता Si पर विकसित SiO2 के समान ही अच्छी है। इसलिए, TDDB के दृष्टिकोण से, 20V गेट डाइइलेक्ट्रिक द्वारा सहन किया जा सकने वाला उच्च वोल्टेज और इस वोल्टेज पर जीवनकाल मॉडल Si के समान ही हैं। MOSFET और IGBT के मामले में भी यही स्थिति है; ज़ानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स अपने स्वयं के SiC MOSFET का उपयोग करके SiO2 गेट डाइइलेक्ट्रिक प्रक्रिया और डिवाइस जीवनकाल मॉडल स्थापित कर रहा है।  
दूसरा, SiC MOSFET और Si MOS उत्पादों (MOSFET और IGBT) के बीच सबसे बड़ा अंतर और चुनौती PBTI (पॉजिटिव बायस टेम्परेचर इनस्टेबिलिटी) और NBTI (नेगेटिव बायस टेम्परेचर इनस्टेबिलिटी) है। पॉजिटिव बायस लगाने पर डिवाइस का Vth बढ़ जाता है, और नेगेटिव बायस लगाने पर Vth घट जाता है। JEDEC सर्टिफिकेशन की शर्तों के तहत, गेट वोल्टेज स्पेसिफिकेशन के भीतर काम करके डिवाइस की लाइफ की गारंटी दी जा सकती है। गेट वोल्टेज स्पेसिफिकेशन से अधिक एप्लीकेशन लाइफ मॉडल के लिए, ज़ानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरण बना रहा है और विस्तृत योजना और अनुसंधान कर रहा है। सामान्य तौर पर, जब तक पॉजिटिव गेट वोल्टेज 25V से अधिक नहीं होता और नेगेटिव गेट वोल्टेज -10V से कम नहीं होता, ड्यूटी साइकिल के अपेक्षाकृत छोटे पल्स डिवाइस के प्रदर्शन को अपरिवर्तनीय नुकसान नहीं पहुंचाएंगे। विशिष्ट मात्रात्मक संबंध और लाइफ मॉडल पहले चरण के अनुसंधान के अंत में दिए जाएंगे।  
  2. शंघाई ज़ानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स SiC MOSFET अनुप्रयोगों में नकारात्मक ड्राइविंग वोल्टेज स्थापित करने की समस्या का समाधान कैसे करता है? क्या यह दृष्टिकोण विश्वसनीय है?  
ज़ानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स ने उद्योग का पहला 35V/4A ड्राइवर IVCR1401D/IVCR1401DP विकसित किया है, जो 8-पिन पैकेज में एकीकृत नेगेटिव वोल्टेज ड्राइव के साथ आता है। ड्राइवर के चालू होने पर, NEG आउटपुट को GND से जोड़ा जाता है, और आंतरिक करंट स्रोत नेगेटिव वोल्टेज कैपेसिटर को तेज़ी से चार्ज करता है। नेगेटिव वोल्टेज स्थापित होने के बाद, NEG पिन को छोड़ा जाता है, और आंतरिक नेगेटिव वोल्टेज रेगुलेटर सामान्य संचालन के लिए नेगेटिव वोल्टेज को -3.5V पर समायोजित कर सकता है। इसके बाद, गेट ड्राइव सिग्नल NEG (VCC-3.5V) और -3.5V के बीच स्विच करता है। नीचे दिया गया चित्र नेगेटिव वोल्टेज कैपेसिटर की नेगेटिव वोल्टेज स्थापना प्रक्रिया को दर्शाता है। 1uF कैपेसिटर को चार्ज होने में लगभग 28us लगते हैं। नेगेटिव वोल्टेज कैपेसिटर पर रिपल को कम करने के लिए 100 गुना Cg कैपेसिटेंस वाले X7R कैपेसिटर का उपयोग किया जाना चाहिए, ताकि नेगेटिव वोल्टेज को मज़बूती और स्थिरता से स्थापित और संचालित किया जा सके। हमारी कंपनी के एजिंग टेस्ट सिस्टम सर्किट को इस चिप का उपयोग करके सत्यापित किया गया है। यह 1000V/20A/125℃ की परिचालन स्थितियों के तहत SiC MOSFET को संचालित कर सकता है। 1000 घंटे के निरंतर संचालन के बाद भी, यह स्थिर और विश्वसनीय रूप से संचालित होता रहता है।  
    और 1      3. शंघाई ज़ानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स SiC MOSFET अनुप्रयोगों में नकारात्मक वोल्टेज स्पाइक्स की समस्या का समाधान कैसे करता है? नकारात्मक दबाव स्पाइक उत्पन्न होने की प्रक्रिया क्या है? इससे निपटने के तरीके क्या हैं?  
SiC MOSFET की स्विचिंग गति पारंपरिक Si पावर उपकरणों की तुलना में तेज़ होती है। हालांकि, इस तीव्र ट्रांजिएंट प्रक्रिया के कारण SiC MOSFET का स्विचिंग प्रदर्शन लूप के पैरासिटिक मापदंडों के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाता है, जो विशेष रूप से ड्राइव वेवफॉर्म में परिलक्षित होता है। नीचे दिया गया चित्र मिलर प्रभाव द्वारा उत्पन्न वोल्टेज स्पाइक को दर्शाता है। SiC MOSFET के हाफ-ब्रिज अनुप्रयोग में, निचला ट्यूब बंद रहता है। जब ऊपरी ट्यूब बंद किया जाता है, तो एक बड़ा dv/dt उत्पन्न होता है। पावर लूप और ड्राइव लूप में पैरासिटिक इंडक्टेंस के कारण, एक बड़ा मिलर करंट उत्पन्न होता है। यह करंट ड्राइव रेसिस्टर RG पर वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न करता है, जिसके परिणामस्वरूप VGS वेवफॉर्म पर एक नकारात्मक स्पाइक दिखाई देता है; इसी प्रकार, जब ऊपरी ट्यूब चालू किया जाता है, तो एक बड़ा dv/dt भी उत्पन्न होता है। लूप में मौजूद पैरासिटिक इंडक्टेंस के कारण, एक बड़ा मिलर करंट भी उत्पन्न होता है। यह करंट ड्राइव रेसिस्टर RG पर वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न करता है, जिसके परिणामस्वरूप VGS वेवफॉर्म पर एक सकारात्मक स्पाइक दिखाई देता है।     और 2  
  ड्राइव के नकारात्मक दबाव में अचानक वृद्धि को कम करने के लिए, कई सुझाव हैं:  
1) ड्राइविंग रेसिस्टर RG के समानांतर में बैक-टू-बैक MOS (अनुशंसित मॉडल: QS5K2TR) कनेक्ट करें ताकि RG पर मिलर प्रभाव के कारण होने वाले वोल्टेज ड्रॉप को कम किया जा सके, जिससे मिलर पीक वोल्टेज कम हो जाता है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र Q1, Q2 में दिखाया गया है;
  चित्र 3 2) ड्राइव लूप में परजीवी प्रेरकत्व को यथासंभव कम करने के लिए ड्राइवर चिप को SiC MOSFET के गेट के जितना संभव हो उतना निकट रखें; 3) लेआउट में पावर लूप के क्षेत्र को न्यूनतम करें, और पावर लूप और ड्राइव लूप में सामान्य स्रोत प्रेरकत्व को न्यूनतम करें; 4) जब परिस्थितियाँ अनुमति दें, तो TO247-4 पैकेजित SiC MOSFET का उपयोग करें, और डिवाइस पिन के कारण होने वाले परजीवी प्रेरकत्व को कम करने के लिए यथासंभव केल्विन ड्राइव का उपयोग करें।  
  4. शंघाई झानक्सिन इलेक्ट्रॉनिक्स SiC MOSFET अनुप्रयोगों में स्विचिंग दोलन समस्या का समाधान कैसे करता है?  
SiC MOSFET दोलन की समस्या के समाधान में सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि पहले ड्राइव सर्किट के दोलन को हल किया जाए और ड्राइव सिग्नल के दोलन के कारण होने वाले दोलन को रोका जाए। ड्राइव लूप दोलन की समस्या को हल करने के लिए, ड्राइव चिप को SiC MOSFET के गेट के जितना संभव हो सके पास रखना आवश्यक है ताकि पैरासिटिक इंडक्टेंस और दोलन को यथासंभव कम किया जा सके। नीचे दो चित्र दिए गए हैं। ऊपरी चित्र में ड्राइवर चिप के SiC MOSFET से दूर होने पर परीक्षण तरंगरूप दिखाया गया है, और निचले चित्र में इसके पास होने पर परीक्षण तरंगरूप दिखाया गया है। दोनों चित्रों में आसमानी नीला तरंगरूप Vgs तरंगरूप है, और पीला तरंगरूप Vds तरंगरूप है। बाएं चित्र में मिलर पीक 19.2V जितना ऊंचा है, जबकि दाएं चित्र में मिलर पीक केवल 4.6V है। इस बड़े सुधार का मुख्य कारण यह है कि ड्राइवर IC SiC MOSFET के अपेक्षाकृत पास है।  
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आगे हम SiC MOSFET के लेआउट के बारे में कुछ महत्वपूर्ण बिंदुओं पर चर्चा करेंगे। एक अच्छा लेआउट दोलन को कम करने में सहायक होता है। सबसे पहले, ड्राइवर IC को SiC MOSFET के जितना संभव हो सके उतना पास रखना चाहिए ताकि ड्राइवर सर्किट का क्षेत्रफल कम से कम हो। दूसरे, उच्च आवृत्ति दोलन PCB और MOSFET के आवारा प्रेरकत्व और आवारा धारिता (मुख्य रूप से Coss) के बीच दोलन के कारण होता है। नीचे दिए गए चित्र में, लाल बिंदीदार रेखा पावर लूप का क्षेत्रफल दर्शाती है, और हरी बिंदीदार रेखा ड्राइव लूप का क्षेत्रफल दर्शाती है। ये क्षेत्रफल जितने कम होंगे, SiC MOSFET के स्विच होने पर दोलन उतना ही कम होगा।  
    और 5   5. SiC MOSFET ड्राइवर और Si IGBT ड्राइवर में क्या समानताएं और अंतर हैं? क्या SiC MOSFET को IGBT प्लग-इन ड्राइवर बोर्ड विधि का उपयोग करके संचालित किया जा सकता है?  
इसका उपयोग नहीं किया जा सकता। ड्राइव बोर्ड के उपयोग के कारण, ड्राइव सर्किट का पैरासिटिक इंडक्टेंस अपेक्षाकृत अधिक होता है, जिसके लिए अवमंदन हेतु एक बड़े ड्राइव रेसिस्टर की आवश्यकता होती है, जिससे स्विचिंग गति धीमी हो जाती है और हानि बढ़ जाती है। यदि अवमंदन हेतु एक बड़े ड्राइव रेसिस्टर का उपयोग नहीं किया जाता है, तो Vgs तरंग में अपेक्षाकृत अधिक दोलन उत्पन्न होगा, जिससे Vds में भी दोलन उत्पन्न होगा और इस प्रकार स्विचिंग हानि बढ़ जाएगी। इसके अतिरिक्त, अपेक्षाकृत अधिक पैरासिटिक इंडक्टेंस स्वयं ड्राइविंग सर्किट के प्रतिबाधा को बढ़ा देता है, जिससे ड्राइविंग सर्किट की एंटी-मिलर क्षमता कमजोर हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप स्विचिंग गति धीमी हो जाती है और हानि बढ़ जाती है।  
  6. SiC MOSFETs को समानांतर क्रम में जोड़ते समय हमें किन बातों पर ध्यान देना चाहिए?  
प्रत्येक SiC MOSFET के ड्राइव सर्किट और मुख्य पावर सर्किट की समरूपता सुनिश्चित करने के लिए, ड्राइवर चिप आउटपुट से प्रत्येक SiC MOSFET के गेट तक की दूरी समान होनी आवश्यक है। समरूपता बढ़ाने के लिए MOSFETs को एक अलग Rg की आवश्यकता होती है। यदि समानांतर MOSFETs एक ड्राइविंग रेसिस्टर साझा करते हैं, तो सबसे कम थ्रेशोल्ड वोल्टेज वाला MOSFET पहले चालू होगा, और अन्य MOSFETs के Vgs को थ्रेशोल्ड वोल्टेज पर स्थिर कर दिया जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप केवल सबसे कम थ्रेशोल्ड वोल्टेज वाला MOSFET ही चालू होगा, और अन्य सभी MOSFETs चालू नहीं होंगे। यही स्थिति टर्न-ऑफ प्रक्रिया में भी होती है। सबसे अधिक थ्रेशोल्ड वोल्टेज वाला MOSFET पहले बंद होता है, और वोल्टेज को थ्रेशोल्ड वोल्टेज पर स्थिर कर दिया जाता है जब तक कि MOSFET टर्न-ऑफ प्रक्रिया पूरी नहीं कर लेता। यह देखा जा सकता है कि सभी MOSFETs को चलाने के लिए एक ही ड्राइविंग रेसिस्टर का उपयोग करने से स्विचिंग क्षणों में अपेक्षाकृत अधिक गतिशील असमान धारा प्रवाह उत्पन्न होगा। इसके लिए, प्रत्येक MOSFET के लिए एक अलग Rg कॉन्फ़िगर करना आवश्यक है, ताकि प्रत्येक MOSFET का Vgs अलग हो जाए और गतिशील धारा साझाकरण बेहतर हो सके। स्थिर धारा साझाकरण विशेषताएँ मुख्य रूप से MOSFET के पैरामीटर की स्थिरता से प्राप्त होती हैं। सीधे समानांतर कनेक्शन के लिए स्थिर पैरामीटर वाले MOSFET का सावधानीपूर्वक चयन करना आवश्यक है।
 
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  8. SiC MOSFET TO247-4 की पैरासिटिक इंडक्टेंस TO247-3 की तुलना में कितनी बेहतर है? क्या इसके लिए कोई विशिष्ट पैरामीटर हैं?  
CREE द्वारा प्रकाशित आंकड़ों के अनुसार, TO247-4 पैकेज का स्विचिंग लॉस TO247-3 पैकेज (600V/40A) के स्विचिंग लॉस का केवल 30% है। इससे TO247-4 पैकेजिंग के लाभ स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं।  
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TO247-3 पैकेज के भीतर स्थित आंतरिक कॉमन सोर्स इंडक्टर MOSFET के चालू और बंद होने की गति को धीमा कर देता है, जिससे स्विचिंग लॉस बढ़ जाता है। हालांकि, TO247-4 में ड्राइविंग के लिए एक अलग सोर्स लीड होती है, जिससे आंतरिक कॉमन सोर्स इंडक्टर को बायपास किया जा सकता है और स्विचिंग प्रक्रिया पर इसके प्रभाव से बचा जा सकता है, इस प्रकार स्विचिंग लॉस को कम करने का उद्देश्य पूरा होता है। सबसे पहले, आइए चालू होने की प्रक्रिया को देखें। एक सामान्य डबल-पल्स प्रयोग में, यह ऊपरी ट्यूब को चालू और बंद करके प्राप्त किया जाता है। हम मुख्य रूप से ऊपरी ट्यूब के Vgs लूप पर ध्यान केंद्रित करते हैं। जब ऊपरी ट्यूब चालू होती है, तो Q1 का Id बढ़ जाता है, फिर L_SL द्वारा प्रेरित वोल्टेज ऊपर की ओर धनात्मक और नीचे की ओर ऋणात्मक होता है, और इसका वोल्टेज बाहरी ड्राइविंग वोल्टेज (धनात्मक वोल्टेज) के समान ध्रुवता का होता है, जिससे आंतरिक MOSFET-डाई पर Vgs वोल्टेज कम हो जाता है, इस प्रकार MOSFET के चालू होने की प्रक्रिया धीमी हो जाती है।  
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अब, ऊपरी ट्यूब की टर्न-ऑफ प्रक्रिया को देखते हैं। Q1 बंद हो जाता है, जिससे Id कम हो जाता है। L_SL द्वारा प्रेरित वोल्टेज ऊपर ऋणात्मक और नीचे धनात्मक होता है। इस वोल्टेज की ध्रुवता बाहरी ड्राइव वोल्टेज (ऋणात्मक वोल्टेज या शून्य वोल्टेज) के विपरीत होती है, जिससे टर्न-ऑफ प्रक्रिया के दौरान आंतरिक MOSFET-डाई पर Vgs का वोल्टेज कम हो जाता है। यदि L_SL पर वोल्टेज काफी अधिक हो, तो यह आंतरिक MOSFET-डाई पर वोल्टेज को ऋणात्मक से धनात्मक में भी बदल सकता है, जिससे गलत टर्न-ऑन हो सकता है! इसलिए L_SL टर्न-ऑफ प्रक्रिया को धीमा कर देगा, जिससे टर्न-ऑफ हानि बढ़ जाएगी।  
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नीचे दिए गए चित्र में TO247-4 पैकेज का उपयोग किया गया है। चूंकि इसमें एक अलग केल्विन-सोर्स लीड है, इसलिए L_SL पर प्रेरित वोल्टेज ड्राइव सर्किट को प्रभावित नहीं कर सकता है, जिससे स्विचिंग गति बढ़ जाती है और स्विचिंग हानि कम हो जाती है।  
   

चित्रा 10

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