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(shí)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(duì)碳化硅器件材料不同特性的可靠性測(cè)試研究還未成熟，碳化硅功率器件的可靠性測(cè)試基本沿用硅功率器件的可靠性測(cè)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(duì)SiC MOSFET的體二極管可靠性進(jìn)行研究。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程

派恩杰根據(jù)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)搭建一個(gè)能同時(shí)測(cè)試多顆SiC MOSFET體二極管可靠性的測(cè)試平臺(tái)，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(zhǎng)時(shí)間通直流電流，通過(guò)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(tái)可以采集器件的殼溫然后通過(guò)上位機(jī)控制風(fēng)扇風(fēng)速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試不同的芯片結(jié)溫。

圖1. 體二極管可靠性測(cè)試平臺(tái)

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(cè)試，測(cè)試條件為Vgs=-5V，Isd=5A。通過(guò)熱成像儀看器件的殼溫達(dá)到130℃左右，如圖2所示。通過(guò)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。可以看出Vth、Rdson、Bvdss和VFSD的變化率均較小，全部符合規(guī)范。

圖3. Vth隨時(shí)間變化率

圖4. Rdson隨時(shí)間變化率

圖5. Bvdss隨時(shí)間變化率

圖6. VFSD隨時(shí)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。可以看出曲線隨時(shí)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(guò)1000h直流可靠性測(cè)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(zhǎng)時(shí)間工作在較高的結(jié)溫工況且器件性能退化較小，說(shuō)明了派恩杰SiC MOSFET功率器件性能穩(wěn)定可靠性高。

文章來(lái)源：派恩杰半導(dǎo)體

審核編輯 黃宇