SiC共振コンバータ信頼性に対する温度および放射線効果評価のための新しいシミュレーション方法

科学分野:

• パワーエレクトロニクス;材料科学;信頼性工学

背景:

• 炭化ケイ素（SiC）パワーコンバータは、自動車および再生可能エネルギーなどの現代のアプリケーションに不可欠です。;現在の信頼性評価は、多くの場合、デバイスまたはシステムレベルに焦点を当てており、統合アプローチを無視しています。;SiCパワーデバイスおよびコンバータの統合信頼性評価は非常に重要ですが、十分に調査されていません。

研究 の 目的:

• SiCパワーデバイスおよび共振コンバータの信頼性を評価するための新しいシステムレベルのシミュレーション方法を開発および提示すること。;さまざまな温度および総電離線量（TID）がSiCパワーコンバータのパフォーマンスに与える影響を分析すること。;宇宙および過酷な環境アプリケーション向けのシリコン（Si）およびSiCベースのパワーコンバータの信頼性を比較すること。

主な方法:

• オン状態抵抗（RON）および閾値電圧シフト（ΔVTH）などの温度感受性電気パラメータ（TSEP）をB1505Aカーブトレーサーを使用して較正しました。;ブースティングセルを備えた300 W共振コンバータのTSEPを組み込んだシステムレベルシミュレーションを開発しました。;2つの異なるシミュレーション戦略を使用して、熱および放射線（TID）ストレス下でSiおよびSiCベースのコンバータを評価しました。

主要な成果:

• SiC MOSFETは、高い熱伝導率により、高温での導通損失がより一貫して、優れた熱安定性を示しました。;総電離線量（TID）の増加は、SiCデバイスの導通損失に悪影響を及ぼし、放射線下での長期的な信頼性への懸念を示唆しています。;シミュレーションは、ゲート酸化膜の劣化とΔVTHシフトがSiCデバイスのパフォーマンスに影響を与える主な要因であることを強調しました。

結論:

• 提案された統合シミュレーション方法は、熱および放射線の複合ストレス下でのSiCパワーコンバータの信頼性を効果的に評価します。;SiC技術は熱管理において大きな利点をもたらしますが、宇宙および過酷な環境においては放射線効果を慎重に考慮する必要があります。;TID誘発劣化を軽減するためのさらなる研究は、SiCパワーコンバータの長期信頼性を向上させるために不可欠です。