在充電樁、車載充電機(jī)（OBC）、汽車空調(diào)、光伏逆變器及逆變焊機(jī)等應(yīng)用中，部分國(guó)產(chǎn)碳化硅（SiC）MOSFET因柵氧可靠性問題頻繁爆雷，其根源在于柵氧化層（SiO?）的長(zhǎng)期穩(wěn)定性不足。以下結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，分析HTGB（高溫柵偏）實(shí)驗(yàn)的局限性，以及為何必須通過TDDB（時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿）方法檢驗(yàn)國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET的柵氧可靠性水平。

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一、應(yīng)用場(chǎng)景中柵氧可靠性的實(shí)踐問題

充電樁與OBC，汽車空調(diào)
國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET在長(zhǎng)期高溫、高頻開關(guān)工況下，因柵氧減薄（如低于40nm）導(dǎo)致電場(chǎng)強(qiáng)度超標(biāo)（>4 MV/cm），加速TDDB失效。部分器件TDDB壽命僅103-10?小時(shí)（約1-1.14年），遠(yuǎn)低于國(guó)際頭部玩家的10?-10?小時(shí)。實(shí)際應(yīng)用中，充電樁電源模塊在1-2年內(nèi)失效率顯著上升，車載OBC甚至出現(xiàn)批量故障，失效分析顯示界面態(tài)密度高、局部電場(chǎng)畸變是主因。

光伏逆變器
需在戶外運(yùn)行25年以上，但國(guó)產(chǎn)器件因柵氧工藝不均或界面缺陷，在動(dòng)態(tài)溫度循環(huán)和高壓應(yīng)力下易發(fā)生閾值電壓漂移（Vth shift），導(dǎo)致發(fā)電效率下降或系統(tǒng)崩潰。

逆變焊機(jī)與工業(yè)電源
高功率密度設(shè)計(jì)導(dǎo)致局部過熱，劣質(zhì)柵氧在高電場(chǎng)下迅速退化，引發(fā)早期擊穿或漏電流激增，造成設(shè)備停機(jī)或退貨風(fēng)險(xiǎn)。

二、HTGB實(shí)驗(yàn)的局限性

HTGB實(shí)驗(yàn)（高溫柵偏測(cè)試）是驗(yàn)證柵氧穩(wěn)定性的常規(guī)手段，但其設(shè)計(jì)存在以下不足，無法全面評(píng)估國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET的可靠性：

測(cè)試條件與真實(shí)場(chǎng)景的偏差

靜態(tài)應(yīng)力：HTGB通常在恒定高溫（如175°C）和固定柵壓下進(jìn)行（如+22V），但實(shí)際應(yīng)用中的動(dòng)態(tài)工況（如頻繁啟停、電壓尖峰）未被覆蓋。例如，車載OBC和汽車空調(diào)的瞬態(tài)過壓可能使局部電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)超HTGB測(cè)試值。

時(shí)間不足：標(biāo)準(zhǔn)HTGB測(cè)試周期為1000小時(shí)，而光伏逆變器等場(chǎng)景需25年壽命驗(yàn)證，HTGB無法模擬長(zhǎng)期累積的缺陷演化過程。

參數(shù)覆蓋不全

僅關(guān)注閾值漂移：HTGB主要監(jiān)測(cè)閾值電壓（Vth）和柵極漏電流，但無法捕捉柵氧化層微觀缺陷（如碳?xì)埩?、氧空位）?dǎo)致的局部擊穿風(fēng)險(xiǎn)。

忽略電場(chǎng)敏感性：HTGB未量化柵氧對(duì)電場(chǎng)的敏感度（如γ值），而國(guó)產(chǎn)器件因工藝缺陷常表現(xiàn)出更高的γ值，加速高電場(chǎng)下的退化。

數(shù)據(jù)透明度問題
部分廠商通過降低測(cè)試電壓（如從22V降至19V）或縮短測(cè)試時(shí)間“擦邊”通過HTGB認(rèn)證，掩蓋工藝缺陷。某國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅MOSFET器件在19V HTGB條件不到1000小時(shí)即失效，但標(biāo)稱通過AEC-Q101認(rèn)證。

三、TDDB方法的必要性

TDDB通過加速老化實(shí)驗(yàn)?zāi)M長(zhǎng)期電場(chǎng)應(yīng)力，結(jié)合統(tǒng)計(jì)模型量化柵氧壽命，是檢驗(yàn)國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET可靠性的核心手段，原因如下：

電場(chǎng)加速模型貼合實(shí)際失效機(jī)理
TDDB通過施加高于額定值的電場(chǎng)（如35V）加速柵氧退化，利用E模型（TTF∝exp(-γE)）預(yù)測(cè)實(shí)際壽命。部分國(guó)產(chǎn)SiC 碳化MOSFET器件在相同電場(chǎng)下失效時(shí)間可能縮短數(shù)十倍，直接暴露工藝缺陷。

全面評(píng)估工藝一致性

Weibull分布分析：TDDB數(shù)據(jù)通過形狀參數(shù)β反映失效分布的離散性。國(guó)產(chǎn)器件β值常較低，表明工藝波動(dòng)大，早期失效風(fēng)險(xiǎn)高49。

壽命預(yù)測(cè)：特征壽命η值可直接映射實(shí)際工況下的壽命。例如，若η值對(duì)應(yīng)壽命<25年（光伏需求），則器件不達(dá)標(biāo)。

揭示動(dòng)態(tài)應(yīng)力影響
TDDB結(jié)合溫度-電場(chǎng)協(xié)同加速測(cè)試，可模擬動(dòng)態(tài)工況對(duì)柵氧的協(xié)同損傷，而HTGB僅針對(duì)靜態(tài)高溫場(chǎng)景。

推動(dòng)工藝改進(jìn)
TDDB失效分析（如SEM/TEM定位擊穿點(diǎn)）可指導(dǎo)優(yōu)化柵氧工藝。采用工藝優(yōu)化降低界面態(tài)密度，提升國(guó)產(chǎn)器件的電場(chǎng)耐受能力。

四、從HTGB到TDDB的行業(yè)升級(jí)路徑

標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制化：推動(dòng)TDDB測(cè)試納入車規(guī)認(rèn)證（如AEC-Q101），要求廠商公開Weibull分布和γ值數(shù)據(jù)，杜絕“數(shù)據(jù)模糊化”亂象。

技術(shù)攻堅(jiān)：通過工藝優(yōu)化電場(chǎng)分布，平衡導(dǎo)通電阻與可靠性。

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同：聯(lián)合下游客戶如光伏逆變器，充電樁電源模塊，OBC車載充電機(jī)，汽車空調(diào)電控等開展TDDB自主驗(yàn)證，建立全生命周期可靠性評(píng)估體系。

國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET的破局需以TDDB為核心工具，從“低價(jià)替代”轉(zhuǎn)向“高可靠賦能”，方能在新能源汽車、新能源發(fā)電等高端市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)突圍。

審核編輯 黃宇