干货丨碳化硅MOSFET UIS可靠性

碳化硅 (SiC)器件由于性能优越，特别适合在高功率、高温和高开关频率的应用环境下使用。近年来，SiC器件的发展取得了重大进展，尤其是在其可靠性方面，这使得SiC基器件已成为硅基功率器件的可行替代品。

然而，在一些极端工作环境下（过流、过温、短路和非钳位感性开关等），SiC器件依然存在 可靠性 问题，成为SiC器件全面取代Si基器件的阻碍。

(资料图片)

例如，电动马达在启动时或者负载发生变化时会出现突然的大电流和电压脉冲，即使有良好的逆变器或电源设计，由于在电路中不可避免会出现 寄生电感 ，也可能出现高压尖峰。

电压尖峰很容易超过最大击穿电压，导致短时间内出现 雪崩击穿 。这种应力可能会引发电参数漂移，从而使部件的工作范围和寿命受到限制。

将被测器件通过电感器和高速开关连接到电源。当开关短路，器件启动时，电流开始 线性上升 。当电流达到实验预定值时，关闭器件和开关。

电感中的磁场会生成一个 反电动势 ，可以在器件上形成一个 极高电压 。如果没有添加保护电路，在电感器中积累的所有能量都会直接在器件中释放。

图1 UIS测试电路

SiC MOSFET 典型UIS曲线

测量每个脉冲序列前后的器件特性，观察重复UIS应力的逐渐影响。在重复进行 百万次 脉冲的情况下，样品在承受应力前后的I-V曲线对比如图3及图4所示。

图3 漏极电压I-V曲线

图4 珊极电压I-V曲线

重复UIS脉冲 引起阈值电压有轻微的漂移，同时导致了通态电阻的下降，这在输出特性中很明显。通态电阻的降低标明特性不受 热循环 的影响。

在UIS脉冲的雪崩阶段，大量的 高能量载流子 在阻塞PN结附近产生。阈值电压的漂移表明正电荷被困在通道-栅接口或其附近。这种正电荷的起源可以归因于UIS脉冲过程中产生的 高能空穴 ，这是由栅极介电介质中电活性缺陷的形成或激活引起的。

漏极电流特性的变化是由 电活性陷阱浓度 的增加引起的，表现为漏极电流本身的增加和I-V曲线形状的变化，这很可能与 电荷分布 的变化而引起的 电场分布 的变化有关。

重复性雪崩应力对被测试器件的 电性能 产生了很大的的影响。经过反复的UIS应力测试，器件表现出一致的 退化 趋势，其特征是阈值电压降低，导通电阻降低，漏源和栅源泄漏电流显著增加。长期重复的UIS应力也显著增加了开通时间。

由此可知，SiC MOSFET除常规可靠性以外，还要根据SiC本身特性，制定专门的检测方案，才能有效对可靠性进行评估。

来源： 碳化硅研习社