Ημιαγωγικοί Διακόπτες-jfets Καρβιδίου Πυριτίου

Abstract

Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι τo JFET (Junction Field Effect Transistor=Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου Ένωσης) καρβιδίου πυριτίου (Silicon Carbide-SiC), αλλιώς SiC-JFET. Πιο συγκεκριμένα, η παρούσα εργασία, συνεισφέρει στη γνώση των SiC-JFETs με την δημιουργία ενός μοντέλου προσομοιώσεων για το normally-on SiC-JFET SJDP120R085. Επιπλέον, περιλαμβάνει την περιγραφή της διαδικασίας εξαγωγής του μοντέλου, ούτως ώστε να διευκολύνει και τη μελλοντική δημιουργία αντίστοιχων μοντέλων. Τα SiC-JFETs χρησιμοποιούνται ως ημιαγωγικοί διακόπτες σε εφαρμογές μετατροπέων ηλεκτρονικών ισχύος. Ο λόγος που τους δίνεται ιδιαίτερη προσοχή είναι τα βελτιωμένα χαρακτηριστικά που παρουσιάζουν, σε σχέση με τα ημιαγωγικά στοιχεία πυριτίου, εξαιτίας του υλικού κατασκευής τους (καρβίδιο του πυριτίου-SiC). Η συνολική δομή της εργασίας, έχει ως εξής: Αρχικά γίνεται αναφορά στο SiC ως υλικό, ενώ στη συνέχεια παρουσιάζεται η δομή και οι αρχές λειτουργίας των διατάξεων της διόδου και του JFET. Σε επόμενη φάση, παρατίθεται το ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα του JFET, ένα μαθηματικό μοντέλο καθώς και το γενικό μοντέλο που χρησιμοποιεί το πρόγραμμα προσομοιώσεων SPICE. Ακολουθεί το βασικότερο κομμάτι της εργασίας, που είναι η εξαγωγή του μοντέλου προσομοιώσεων (SPICE) για τον ημιαγωγικό διακόπτη-JFET, SJDP120R085 της εταιρίας Semisouth. Ο προσδιορισμός του μοντέλου έγινε βάσει των φύλλων προδιαγραφών του ημιαγωγού αλλά και μετρήσεων του εργαστηρίου ηλεκτρικών μηχανών και ηλεκτρονικών ισχύος. Στο έβδομο κεφάλαιο περιγράφεται η συμπεριφορά που παρουσιάζουν τα JFETs ως διακόπτες και δίνονται τα χαρακτηριστικά των SiC-JFETs. Επιπλέον αναφέρεται η επίδραση των παρασιτικών στοιχείων του JFET που ήδη περιλαμβάνονται στο μοντέλο προσομοιώσεων καθώς και κάποιων πρόσθετων που προκύπτουν στην πράξη. Στο όγδοο κεφάλαιο, αρχικά τεκμηριώνεται μέσω προσομοιώσεων η προηγούμενη θεωρητική ανάλυση, ενώ ταυτόχρονα γίνεται μια προσπάθεια να προσδιορισθούν ενδεικτικά τα εξωγενή παρασιτικά στοιχεία του JFET το οποίο μελετάται. Κατά το κλείσιμο του κεφαλαίου αυτού, παρατίθενται κάποιες «διακοπτικές» μετρήσεις που έχουν λάβει χώρα στο εργαστήριο ηλεκτρικών μηχανών και ηλεκτρονικών ισχύος στα πλαίσια άλλης εργασίας, οι οποίες σχολιάζονται. Στο ένατο κεφάλαιο περιγράφεται η διαδικασία υπολογισμού ψήκτρας για το JFET που μελετάται (SJDP120R085). Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα αυτής της διπλωματικής εργασίας.