SiC-MOSFET的可靠性

本文就SiC-MOSFET的可靠性進(jìn)行說明。這里使用的僅僅是ROHM的SiC-MOSFET產(chǎn)品相關(guān)的信息和數(shù)據(jù)。

ROHM SiC-MOSFET的可靠性

柵極氧化膜

ROHM針對SiC上形成的柵極氧化膜，通過工藝開發(fā)和元器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實現(xiàn)了與Si-MOSFET同等的可靠性。

CCS TDDB（Constant Current Stress Time Dependent Dielectric Breakdown：恒流經(jīng)時絕緣擊穿）試驗中，柵極氧化膜可靠性的指標(biāo)–QBD（Charge to Breakdown）為15～20C/cm2，與Si-MOSFET同等。

另外，在旨在確認(rèn)有關(guān)晶體缺陷的柵極氧化膜可靠性的HTGB（High Temperature Gate Bias：高溫柵極偏壓）試驗（+22V、150℃）中，在裝置中未發(fā)生故障和特性波動，順利通過1000小時測試。

閾值穩(wěn)定性（柵極正偏壓）

SiC上形成的柵極氧化膜界面并非完全沒有陷阱，因此當(dāng)柵極被長時間施加直流的正偏壓時，陷阱捕獲電子而使閾值上升。

經(jīng)HTGB試驗證實，閾值偏移非常小，在Vgs=+22V、150℃的條件下1000小時后，僅為0.2～0.3V。大多數(shù)陷阱在施加應(yīng)力初期的幾十個小時內(nèi)被填充，其后幾乎沒有變化，很穩(wěn)定。

閾值穩(wěn)定性（柵極負(fù)偏壓）

反之，當(dāng)柵極被長時間施加直流的負(fù)偏壓時，空穴被捕獲，閾值下降。在HTGB試驗中，負(fù)偏壓下的閾值變化程度大于正偏壓，在Vgs為-10V以上時閾值下降超過0.5V。

第二代MOSFET（SCT2［xxx［］系列、SCH2xxx］系列）中，柵極負(fù)偏壓的保證電壓為-6V。請注意，當(dāng)負(fù)偏壓大于-6V時，閾值可能進(jìn)一步降低。交流（正負(fù)）偏壓時，反復(fù)進(jìn)行對陷阱的充放電，因此偏移的影響很小。

體二極管的通電劣化

一般認(rèn)為SiC-MOSFET存在稱為“體二極管的通電劣化”的故障模式。這是正向電流持續(xù)流過MOSFET的體二極管時，電子-空穴對的重新復(fù)合能量使稱為“堆垛層錯”的缺陷擴大，影響到電流路徑，使導(dǎo)通電阻和體二極管的Vf上升的模式。

堆垛層錯使發(fā)熱量增加，在某些情況下還會引起耐壓性能下降。因此，在用于發(fā)生向體二極管換流的應(yīng)用（逆變器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器等）時，有可能會導(dǎo)致問題。（※在SBD和MOSFET的第一象限工作中不會發(fā)生這類問題）

ROHM通過開發(fā)不會擴大堆垛層錯的獨特工藝，成功地確保了體二極管通電的可靠性。在1200V　80Ω的第二代SiC MOSFET產(chǎn)品中，實施了對體二極管進(jìn)行1000小時的直流8A通電測試，結(jié)果如下。試驗證明，所有特性如導(dǎo)通電阻，漏電流等都沒有變化。

短路耐受能力

由于SiC-MOSFET與Si-MOSFET相比具有更小的芯片面積和更高的電流密度，因此對于導(dǎo)致熱擊穿的短路的耐受能力往往比Si-MOSFET低。TO247封裝的1200 V級MOSFET中，Vdd=700V、Vgs=18V時的短路耐受時間約為8～10μs。隨著Vgs降低，飽和電流減小，所以耐受時間變長。另外，Vdd較低時發(fā)熱量也會減少，所以耐受時間會更長。

由于關(guān)斷SiC-MOSFET所需的時間非常短，所以當(dāng)Vgs的斷路速度很快時，急劇的dI/dt可能會引發(fā)較大的浪涌電壓。請使用逐漸降低柵極電壓的軟關(guān)斷功能等，并在沒有過電壓的情況下關(guān)斷。

dV/dt破壞

Si-MOSFET存在一種由于dV/dt過高而通過電容Cds流過瞬態(tài)電流，寄生雙極晶體管工作導(dǎo)致?lián)p壞的模式。ROHM的SiC-MOSFET由于寄生雙極晶體管的電流放大倍數(shù)hFE較低，因而不會發(fā)生電流放大，截至目前的調(diào)查中，即使在50kV/μs左右的工作條件下，也未發(fā)生這種損壞模式。關(guān)于體二極管快速恢復(fù)時的dV/dt，一般認(rèn)為由于SiC-MOSFET的快速恢復(fù)電流非常小，快速恢復(fù)時的dI/dt很小，所以dV/dt也不會增加，不易發(fā)生這種損壞模式。

宇宙射線引起的中子耐受能力

在高原應(yīng)用中，受宇宙射線影響，少數(shù)進(jìn)入地面的中子或重離子有時會引發(fā)半導(dǎo)體器件的單粒子效應(yīng)，這已成為需要解決的問題。在對SiC-MOSFET（n=15）進(jìn)行的白色中子照射試驗（能量：1～400MeV，由大阪大學(xué)核物理研究中心RCNP實施）中，在Vds=1200V（額定耐壓的100%）條件下實施1.45×109 neutrons/cm2/s的中子照射后，結(jié)果并未發(fā)生由于單粒子效應(yīng)引發(fā)的故障。海拔0m處的故障率為0.92FIT，海拔高度4000m處也僅為23.3FIT，故障率比同等級Si-IGBT和Si-MOSFET低3～4個數(shù)量級。耐壓實力值更高，并具有足夠的余量，從而可以在高原應(yīng)用或多個使用的應(yīng)用中，降低因宇宙射線引起的中子誘發(fā)故障的風(fēng)險。

靜電擊穿耐受能力

SiC-MOSFET的優(yōu)點是芯片尺寸可以比Si-MOSFET小，但另一方面，靜電擊穿（ESD）耐受能力卻較低。因此，處理時需要采取充分的防靜電措施。

靜電對策舉例

?利用離子發(fā)生器除去人體、元器件、作業(yè)環(huán)境中的靜電（推薦）

?利用腕帶、接地除去人體、作業(yè)環(huán)境中的靜電（元器件帶電時無效，所以僅此對策還不夠）

各種可靠性試驗結(jié)果

以日本廣泛采用的JEITA（原“EIAJ”）ED-4701作為用來評估半導(dǎo)體的測試方法，其可靠性試驗結(jié)果如下。從結(jié)果可以看出，ROHM的SiC-MOSFET具有足夠的可靠性。

審核編輯：郭婷

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2019-03-12 03:43:18

溝槽結(jié)構(gòu)SiC-MOSFET與實際產(chǎn)品

本章將介紹最新的第三代SiC-MOSFET，以及可供應(yīng)的SiC-MOSFET的相關(guān)信息。獨有的雙溝槽結(jié)構(gòu)SiC-MOSFET在SiC-MOSFET不斷發(fā)展的進(jìn)程中，ROHM于世界首家實現(xiàn)了溝槽柵極

2018-12-05 10:04:41

淺析SiC-MOSFET

SiC-MOSFET 是碳化硅電力電子器件研究中最受關(guān)注的器件。成果比較突出的就是美國的Cree公司和日本的ROHM公司。在國內(nèi)雖有幾家在持續(xù)投入，但還處于開發(fā)階段, 且技術(shù)尚不完全成熟。從國內(nèi)

2019-09-17 09:05:05

硬件電路的可靠性

我想問一下高速電路設(shè)計，是不是只要做好電源完整性分析和信號完整性分析，就可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定了。要想達(dá)到高的可靠性，要做好哪些工作?。吭诰W(wǎng)上找了好久，也沒有找到關(guān)于硬件可靠性的書籍。有經(jīng)驗的望給點提示。

2015-10-23 14:47:17

碳化硅SiC MOSFET:低導(dǎo)通電阻和高可靠性的肖特基勢壘二極管

阻并提高可靠性。東芝實驗證實，與現(xiàn)有SiC MOSFET相比，這種設(shè)計結(jié)構(gòu)在不影響可靠性的情況下[1]，可將導(dǎo)通電阻[2]（RonA）降低約20%。功率器件是管理各種電子設(shè)備電能，降低功耗以及實現(xiàn)碳中和

2023-04-11 15:29:18

羅姆成功實現(xiàn)SiC-SBD與SiC-MOSFET的一體化封裝

低，可靠性高，在各種應(yīng)用中非常有助于設(shè)備實現(xiàn)更低功耗和小型化。本產(chǎn)品于世界首次※成功實現(xiàn)SiC-SBD與SiC-MOSFET的一體化封裝。內(nèi)部二極管的正向電壓（VF）降低70％以上，實現(xiàn)更低損耗的同時

2019-03-18 23:16:12

設(shè)計中使用的電源IC：專為SiC-MOSFET優(yōu)化

本文將從設(shè)計角度首先對在設(shè)計中使用的電源IC進(jìn)行介紹。如“前言”中所述，本文中會涉及“準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器”的設(shè)計和功率晶體管使用“SiC-MOSFET”這兩個新課題。因此，設(shè)計中所使用的電源IC，是可將

2018-11-27 16:54:24

請問PCBA可靠性測試有什么標(biāo)準(zhǔn)可循嗎？

剛剛接觸PCBA可靠性，感覺和IC可靠性差異蠻大，也沒有找到相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)。請問大佬們在做PCBA可靠性時是怎么做的，測試條件是根據(jù)什么設(shè)定？

2023-02-15 10:21:14

請問機械溫控開關(guān)的可靠性有多少？

機械溫控開關(guān)的可靠性有多少？我看溫控開關(guān)的體積很小，價格便宜，可以用于一些溫度控制方面，不過可靠性有多少呢？

2023-10-31 06:37:26

請問硬件設(shè)計說明中的可靠性設(shè)計包含什么？

急求幫助硬件設(shè)計說明中的可靠性設(shè)計包含哪些？現(xiàn)在需要整理項目的一些文檔，關(guān)于可靠性設(shè)計要提供哪些文檔一頭霧水，求前輩指點一下！不勝感激！

2020-04-08 03:04:58

采用第3代SiC-MOSFET，不斷擴充產(chǎn)品陣容

2018-12-04 10:11:50

面向SiC MOSFET的STGAP2SICSN隔離式單通道柵極驅(qū)動

單通道STGAP2SiCSN柵極驅(qū)動器旨在優(yōu)化SiC MOSFET的控制，采用節(jié)省空間的窄體SO-8封裝，通過精確的PWM控制提供強大穩(wěn)定的性能。隨著SiC技術(shù)廣泛應(yīng)用于提高功率轉(zhuǎn)換效率，STGAP2SiCSN簡化了設(shè)計、節(jié)省了空間，并增強了節(jié)能型動力系統(tǒng)、驅(qū)動器和控制的穩(wěn)健性和可靠性。

2023-09-05 07:32:19

高可靠性的線路板具有什么特點？

高可靠性的線路板具有什么特點？

2021-04-25 08:16:53

102 改善BGA枕頭效應(yīng)，提高焊接可靠性

可靠性焊接技術(shù)

車同軌，書同文，行同倫發(fā)布于 2022-08-07 16:03:32