碳化硅功率器件突破了硅功率器件的性能極限，能夠應(yīng)用在高溫、高頻、高壓、大電流等惡劣環(huán)境中，同時提高系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)成本。然而惡劣的應(yīng)用環(huán)境使得碳化硅功率器件的可靠性面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于針對碳化硅器件材料不同特性的可靠性測試研究還未成熟，碳化硅功率器件的可靠性測試基本沿用硅功率器件的可靠性測試方法。碳化硅材料的禁帶寬度相比于硅材料的更大，SiC MOSFET體二極管的正向壓降VF比Si MOSFET體二極管的正向壓降VF更大，導(dǎo)致體二極管續(xù)流的功耗增加，因此SiC MOSFET體二極管的可靠性更值得關(guān)注。目前SiC MOSFET體二極管的可靠性研究論文和報(bào)告較少，本文針對SiC MOSFET的體二極管可靠性進(jìn)行研究。

實(shí)驗(yàn)過程

派恩杰根據(jù)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)搭建一個能同時測試多顆SiC MOSFET體二極管可靠性的測試平臺，如圖1所示，每顆器件的柵極加負(fù)壓，使用風(fēng)冷進(jìn)行散熱。給SiC MOSFET體二極管長時間通直流電流，通過觀察器件的正向?qū)芰εc反向阻斷能力的退化情況，研究SiC MOSFET體二極管可靠性。此平臺可以采集器件的殼溫然后通過上位機(jī)控制風(fēng)扇風(fēng)速實(shí)現(xiàn)自動測試不同的芯片結(jié)溫。

圖1. 體二極管可靠性測試平臺

本文采用派恩杰1200V 80mΩ 3pin SiC MOSFET P3M12080K3-732303進(jìn)行體二極管可靠性測試，測試條件為Vgs=-5V，Isd=5A。通過熱成像儀看器件的殼溫達(dá)到130℃左右，如圖2所示。通過公式Tj=Tc+Rjc*Pd可估算器件的結(jié)溫在150℃左右，其中Tj是器件結(jié)溫，Tc是器件殼溫，Rjc是器件結(jié)殼熱阻，Pd是器件所加功率。

圖2. P3M12080K3體二極管可靠性殼溫

P3M12080K3體二極管加5A直流電流1000h后，典型點(diǎn)值閾值電壓Vth、導(dǎo)通電阻Rdson、耐壓Bvdss和體二極管正向?qū)▔航礦FSD變化率如圖3、圖4、圖5、圖6所示?？梢钥闯鯲th、Rdson、Bvdss和VFSD的變化率均較小，全部符合規(guī)范。

圖3. Vth隨時間變化率

圖4. Rdson隨時間變化率

圖5. Bvdss隨時間變化率

圖6. VFSD隨時間變化率

P3M12080K3體二極管加5A直流電流1000h后，耐壓曲線、轉(zhuǎn)移曲線、輸出曲線、VFSD曲線等變化如圖7、圖8、圖9、圖10所示?？梢钥闯銮€隨時間的變化均較小，器件的性能穩(wěn)定。

圖7. 1000h耐壓曲線變化

圖8. 1000h轉(zhuǎn)移曲線變化

圖9. 1000h輸出曲線變化

圖10. 1000h VFSD曲線變化

P3M12080K3體二極管經(jīng)過1000h直流可靠性測試，器件的性能退化均比較小，器件參數(shù)變化率遠(yuǎn)低于20%的失效標(biāo)準(zhǔn)。P3M12080K3長時間工作在較高的結(jié)溫工況且器件性能退化較小，說明了派恩杰SiC MOSFET功率器件性能穩(wěn)定可靠性高。

文章來源：派恩杰半導(dǎo)體

審核編輯 黃宇