SiC功率器件的鲁棒性和可靠性问题

以下文章来源于芯TIP ，作者Peter Friedrichs

* Vol.17

报告主题：SiC功率器件的鲁棒性和可靠性问题

报告作者：Peter Friedrichs（Infineon Technologies AG）

报告内容包含：（具体内容详见下方全部报告内容）

• SiC 可靠性：栅极氧化层、宇宙射线方面和体二极管性能
• SiC 产品发布流程和鲁棒性验证方法
• 关键要点
• 有三个主要方面使SiC MOSFET系统与Si不同（宽带隙、高阻断、高缺陷密度）
• 专门措施克服 SiC 带来的挑战（栅极氧化物、宇宙射线方面以及体二极管性能）

报告详细内容

# SiC 可靠性：栅极氧化物方面

# 在 SiC MOSFET 中需要特别注意栅极氧化物 (GOX)

SiC具有更大的带隙

SiC碳化硅具有更高的阻断能力

SiC在衬底和GOX中具有更高的缺陷密度

# SiC MOSFET 器件中的氧化物

在开关状态下受到电场的压力

SiC 中的氧化物可靠性：

在导通状态下尤为关键，主要针对平面概念，因为使用条件下的场强较高

一旦开启，电场处于其最大设计值

* 影响完整的氧化层

# SiC MOSFET 器件中的氧化物

在开关状态下受到电场的压力

# 高栅极氧化物缺陷密度对 SiC MOSFET 稳定性的影响：外部挑战

GOX越薄，在一定的栅极偏压下，电场越高，击穿的时间越短。

# 高栅极氧化物缺陷密度对 SiC MOSFET 稳定性的影响：威布尔图表征

# 高栅极氧化物缺陷密度对 SiC MOSFET 稳定性的影响：故障统计分析

# 如何才能摆脱具有关键外在因素的器件？

# 如何才能摆脱具有关键外在因素的器件？

挑战：较厚的栅极氧化物会增加 Ron

# SiC MOSFET 中阈值电压的漂移：静态贡献

存在 2 个准静态偏置温度不稳定性 (BTI) 组件

# SiC MOSFET 中阈值电压的漂移：动态贡献*

通过开关触发，存在第三个偏置温度不稳定（BTI）组件

# SiC 可靠性：宇宙射线方面

# 宇宙线故障率：SiC 的情况

# 宇宙射线和SiC：对实际设计的影响以及与Si的区别

# SiC 可靠性：体二极管性能

# MOSFET体二极管：结构和要求

# 双极 SiC 元件的潜在退化：复合引起的 RDS(on) 和 VSD 增加

# 双极退化：应对措施

英飞凌应对这种影响的策略：

只要缺陷密度高于临界阈值，就采用筛选方法（与栅极氧化层的筛选方法一样）

降低缺陷密度以避免堆垛层错增长

避免堆垛层错处的复合

# 产品发布过程和鲁棒性验证方法

# 鲁棒性和浴缸曲线：简介

# 英飞凌功率模块的鲁棒性验证

# 英飞凌分立器件的鲁棒性验证

# 关键要点

有三个主要方面使SiC MOSFET系统与硅不同：

- 更宽的带隙

- 更高的阻断能力

- 更高的缺陷密度，这就是为什么需要更严格的措施来保证长期的可靠性

有专门的措施来克服 SiC 带来的挑战，例如栅极氧化物和宇宙射线方面以及体二极管性能