Optimisation of a 4H-SiC enhancement mode power JFET for high temperature operation

Bhatnagar, Praneet; Horsfall, AB; Wright, N. G.; Johnson, C.M.; Vassilevski, Konstantin; O'Neill, AG

doi:10.1016/j.sse.2004.12.002

Cited by 13 publications

(10 citation statements)

References 18 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…To eliminate the need for a high temperature gate driver and also to reduce the size of the power management circuitry, a self-starting DC-DC converter is desired [34]. Here, a self-starting DC-DC converter was designed to boost the low DC output voltage of a thermoelectric generator to a level sufficient to run a SiC sensor circuit for wireless monitoring of inhospitable environments [35][36][37]. These environments may be subject to high temperatures in the case of exhaust gas monitoring in turbine engines or oven environments, they may also be subject to radiation in the nuclear industry whether they are used in power generation or waste monitoring.…”

Section: The Need For a High Temperature Self-starting Dc-dc Convertermentioning

confidence: 99%

Self-Oscillatory DC-DC Converter Circuits for Energy Harvesting in Extreme Environments

Weng¹,

Brennan²,

Wright³

et al. 2018

Advanced Electronic Circuits - Principles, Architectures and Applications on Emerging Technologies

View full text Add to dashboard Cite

A novel self-starting converter circuit technology is described for energy harvesting and powering wireless sensor nodes, constructed from silicon carbide devices and proprietary high temperature passives for deployment in hostile environments. After a brief review of the advantages using Silicon Carbide (SiC) over other semiconductors in extreme environments, the chapter will describe the advantages and principles when designing circuitry and architectures using SiC for power electronics. The practical results from a novel self-starting DC-DC converter are reported, which is designed to supply power to a WSN for deployment in high temperature environments. The converter operates in the boundary between continuous and discontinuous mode of operation and has a Voltage Conversion Ratio (VCR) of 3 at 300 C. This topology is able to self-start and so requires no external control circuitry, making it ideal for energy harvesting applications, where the energy supply may be intermittent. Experimental results for the self-starting converter operating from room temperature up to 300 C are presented. The converter output voltage, switching frequency, total power loss and efficiency were presented at temperatures up to 300 C.

show abstract

Section: The Need For a High Temperature Self-starting Dc-dc Convertermentioning

confidence: 99%

Self-Oscillatory DC-DC Converter Circuits for Energy Harvesting in Extreme Environments

Weng¹,

Brennan²,

Wright³

et al. 2018

Advanced Electronic Circuits - Principles, Architectures and Applications on Emerging Technologies

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The parameters and models that are used to simulate the BHATNAGAR structure has a code that represents the code showed in [162]. BHATNAGAR code [48] indicates the use of 4.3 TCAD Bibliography of Simulations two mobility statements (models), namely Carrier-carrier scattering and analytic (C.T.). Having two major mobility models enabled, cannot be done within ATLAS, unless they are fully compatible.…”

Section: Of Chapter 3 (Mesh Density M6) the Dashed Lines Are Results Obtained With The Parameters And Models As Published By The Bhatnagamentioning

confidence: 99%

“…Figure 2.1 shows the variation of the 4H-SiC bandgap with temperature. The few studies of experimentally measured variations, [45], [10], [46] and of simulation models considering this variation (for example not taking a fixed value for all temperatures) [47], [48] are included. In both cases, the bandgap-temperature-variation is fitted with either the semi-empirical relationship of Varshni [49] or the Passler equation [50].…”

Section: Eg Variation With Temperaturementioning

confidence: 99%

“…The dotted lines are the theoretical calculations with a model created by BHATNA-GAR. The dashed lines are results obtained with the parameters and models as published by the BHATNAGAR group[48].…”

mentioning

confidence: 99%

“…The dotted lines are the results obtained with the simulation set 4 of chapter 3 (mesh density M6). The dashed lines are results obtained with the parameters and models as published by the BHATNAGAR group[48].…”

mentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

Ανάπτυξη μικρομετρικών τρανζίστορ εγκάρσιου πεδίου από καρβίδιο του πυριτίου (SiC)

Στεφανάκης¹

View full text Add to dashboard Cite

Η προσομοίωση με τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων έχει αναδειχθεί σε κύριο και σημαντικό εργαλείο που μπορεί να εξηγήσει τη φυσική συμπεριφορά ηλεκτρονικών διατάξεων. Λαμβάνοντας υπ’όψιν δεδομένα από κατασκευασμένες διατάξεις και με μια διαδικασία ανάδρασης μεταξύ των αποτελεσμάτων και των μετρήσεων, μπορεί κανείς να εξηγήσει τη λειτουργία της διάταξης. Παρότι αυτό έχει επιτευχθεί σε άριστο βαθμό σε ηλεκτρονικές διατάξεις πυριτίου, δεν συμβαίνει το ίδιο με το καρβίδιο του πυριτίου. Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC - silicon carbide) χρησιμοποιείται εκτενώς την τελευταία δεκαετία, τόσο τα σχετικά μοντέλα φυσικής όσο και οι παράμετροί τους, επιδέχονται πολλές βελτιώσεις, μια και υπάρχουν αρκετές ασάφειες – αβεβαιότητες που η αδυναμία τους φαίνεται εύκολα στον προσομοιωτή. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η καθιέρωση ρητής διαδικασίας για την επίτευξη αξιόπιστων αποτελεσμάτων προσομοίωσης με TCAD εργαλεία. Μελετήθηκαν οι φυσικοί παράμετροι και ιδιότητες του 4H-SiC, αναλύθηκαν διαθέσιμα μοντέλα, και προτάθηκαν οι βέλτιστες τιμές παραμέτρων για κάθε του ιδιότητα. Τα μοντέλα όπως και οι παράμετροι τους, αρχικά επιλέχθηκαν από μια γκάμα της βιβλιογραφίας. Τα καλύτερα μοντέλα και οι παράμετροι τους αποτελούν ένα «σετ» που όταν χρησιμοποιείται στις προσομοιώσεις, μπορεί να παριστά σωστά τη φυσική (ηλεκτρική) συμπεριφορά του 4H-SiC ως υλικό. Το εργαλείο προσομοίωσης ATLAS της SILVACO είναι το επιλεγμένο μας εργαλείο προσομοίωσης και περιέχει από μόνο του ένα προκαθορισμένο σετ μοντέλων και παραμέτρων. Η εξέταση κατά πόσο ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα, διερευνήθηκε αρχικά μέσω προσομοιώσεων διόδων της βιβλιογραφίας. Οι δίοδοι αυτές περιέχουν και δομές «τερματισμού» που έχουν ως σκοπό την προστασία της διάταξης από πρόωρη κατάρρευση. Κατά τις προσομοιώσεις προσαρμόζεται κάθε φορά το σετ προσομοίωσης μέχρι να αποκτηθούν ικανοποιητικά αποτελέσματα σε σχέση με τα πειραματικά δεδομένα. Ταυτόχρονα, με τις προσαρμογές αυτές γίνεται και η επιλογή της καλύτερης διάταξης τερματισμού. Στο τέλος αυτής της διαδικασίας προτείνεται ένα σωστό σετ προσομοίωσης, τόσο για το λογισμικό ATLAS της SILVACO όσο και για άλλους παρόμοιους προσομοιωτές. Ένα τρανζίστορ, το TSI-VJFET, κατασκευάστηκε στο Microelectronics Research Group (MRG) της FORTH Κρήτης (ΙΤΕ). Για τη σωστή περιγραφή της λειτουργίας του TSI-VJFET (σε οποιαδήποτε χρήση), πρωταρχική σημασία έχει η σωστή περιγραφή της DC λειτουργίας του. Έτσι η προσομοίωση του αντίστοιχου εγγενούς καθώς και το εξωγενούς τρανζίστορ θεωρείται απαραίτητη. Σε πρώτη προσέγγιση έχει αποδειχθεί ότι το εγγενές τρανζίστορ θεωρητικά θα μπορούσε να είναι αρκετό για να προβλέψει βασικά DC χαρακτηριστικά τρανζίστορ. Τα αποτελέσματα προσομοίωσης του εγγενούς και του εξωγενούς τρανζίστορ συγκρίθηκαν με τα πειραματικά δεδομένα του TSI-VJFET της FORTH και βρέθηκε ότι δεν υπάρχει καλή σύμπτωση μεταξύ προσομοιωμένων και μετρημένων χαρακτηριστικών. Το σετ προσομοίωσης που αναπτύχθηκε σε αυτήν τη διατριβή, επιτυγχάνει τουλάχιστον 80% συμφωνία μεταξύ προσομοιωμένων και μετρημένων χαρακτηριστικών. Το σημαντικό όφελος από την εργασία αυτή είναι τόσο η ανάδειξη του καλύτερου σετ προσομοίωσης όσο και η πρόταση συγκεκριμένων βημάτων που προτείνονται ως μεθοδολογία για μια επιτυχημένη και ακριβή προσομοίωση. Η μέθοδος αυτή προσομοίωσης εφαρμόστηκε με το εργαλείο ATLAS, διεξάχθηκε για πρώτη φορά σε αυτήν την διατριβή, και προτείνεται για κάθε μελλοντική χρήση προσομοιώσεων 4H-SiC ηλεκτρονικών διατάξεων.

show abstract

Effect of Channel Width on Breakdown Analysis of Normally-Off 4H-SiC Trenched and Implanted VJFET

Munir¹,

Abbas

Naseem

et al. 2015

Materials Today: Proceedings

View full text Add to dashboard Cite

Optimisation of a 4H-SiC enhancement mode power JFET for high temperature operation

Cited by 13 publications

References 18 publications

Self-Oscillatory DC-DC Converter Circuits for Energy Harvesting in Extreme Environments

Self-Oscillatory DC-DC Converter Circuits for Energy Harvesting in Extreme Environments

Ανάπτυξη μικρομετρικών τρανζίστορ εγκάρσιου πεδίου από καρβίδιο του πυριτίου (SiC)

Effect of Channel Width on Breakdown Analysis of Normally-Off 4H-SiC Trenched and Implanted VJFET

Contact Info

Product

Resources

About