SiC提高肖特基二極管和MOSFET的雪崩耐受性
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摘要 : 半導體市場的最新趨勢是廣泛采用碳化硅（SiC）器件，包括用于工業和汽車應用的肖特基勢壘二極管（SBD）和功率MOSFET。與此同時，由于可供分析的現場數據有限，這些器件的長期可靠性成為一個需要解決的熱點問題。
半導體市場的最新趨勢是廣泛采用碳化硅（SiC）器件，包括用于工業和汽車應用的肖特基勢壘二極管（SBD）和功率MOSFET。與此同時，由于可供分析的現場數據有限，這些器件的長期可靠性成為一個需要解決的熱點問題。一些SiC供應商已開始根據嚴格的工業和汽車（AEC-Q101）標準來認證SiC器件，而另一些供應商不但超出了這些認證標準的要求，還能為惡劣環境耐受性測試提供數據。為了使SiC器件在任務和安全關鍵型應用中保持較高的普及率，應將這種認證和測試策略與特定的設計規則相結合來實現高雪崩耐受性，這一點至關重要。
市場快速增長
SiC器件的市場份額預計將在未來幾年加速增長，主要推動因素是運輸行業的電氣化。SiC管芯將成為車載充電器和動力傳動牽引系統等應用的模塊中的基本構件。由于雪崩擊穿的臨界電場較高，因此高壓SiC器件的外形比同類硅器件小得多，并且可以在更高的開關頻率下工作。SiC的熱性能也十分出色，它不但擁有良好的散熱性能，還能在高溫下工作。實際上，最高工作溫度通?？蛇_175 °C，很少超過200 °C，主要限制為裝配工藝（焊接金屬和封裝材料）。SiC器件本質上比硅器件更高效，切換到SiC管芯可以極大減少模塊中單個管芯的數量。
隨著SiC器件從利基市場轉向主流市場，與大規模生產爬坡效應相關的主要挑戰正逐漸被克服。為輕松實現這種轉變，制造廠正在建立可與現存硅生產線共用工具的SiC生產線。這種安排可有效降低SiC管芯的成本，因為這樣做可與Si生產線分擔開銷。隨著晶圓供應商大幅度提高產能，近來在晶圓供貨方面的限制已不再是問題。由于4H-SiC襯底和外延生長的不斷改進，現在可提供晶體缺陷密度極低的高質量6英寸晶圓。根據電氣參數測試可知，晶圓質量越高，SiC器件的產量就越高。
但請務必記住，由于這些器件僅僅上市幾年，因此其現場可靠性數據十分有限。此外，由于SiC器件自身也面臨著一系列挑戰，因此其認證比硅器件的認證困難得多。在SiC器件中，反向偏置條件下的電場高出將近一個數量級。如果不采用適當的設計規則，這種高電場很容易損壞柵極氧化層。SiC柵極氧化層界面附近的陷阱密度也高得多。結果是，由于陷阱帶電，因此老化測試期間可能會出現不穩定性。一直以來，我們都專注于提高長期可靠性，而取得的成果也令人欣慰，最近的報告顯示器件已通過嚴格的工業和汽車（AEC-Q101）標準認證。
除此之外，SiC供應商也已開始采取下一步行動，即為惡劣環境耐受性測試提供數據。
惡劣環境耐受性測試
UIS的耐受性與生產線前端和后端的外延質量和制造工藝密切相關。即使外延中的微小晶體缺陷或與工藝相關的缺陷也可能構成薄弱環節，導致器件在UIS測試期間過早失效。這就解釋了為什么對產品系列耐受性的全面分析中應當包含單脈沖和重復UIS（RUIS）測試。
單脈沖測試用作篩選測試，用于識別UIS耐受性較低的器件。為了保證產品數據手冊中的UIS額定值，所有器件在交付給客戶之前都應經過測試。不過，器件在現場投入使用期間可能會經歷多次UIS事件。為了分析逐漸磨損的特性，需要重復測試。要深入分析特性，應對器件施加大量脈沖，常見做法是100,000次沖擊。
在UIS脈沖期間，被測器件中的電流連續降低，而電壓基本保持恒定，但會因熱效應而略微變化。UIS脈沖的能量由脈沖開始時的最大電流和負載的電感定義。在測試過程中，通過改變電感值來調節能量。最大電流保持恒定；它等于SBD的正向電流額定值，也等于MOSFET的漏極電流額定值的三分之二。
