英飞凌如何控制和保证基于 SiC 的功率半导体器件的可靠性

阿里达摩院发表了2021十大科技趋势，令业内欢欣鼓舞的是“以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体迎来应用大爆发”列为十大之首。未来几年，以氮化镓和碳化硅为代表的第三代半导体将在材料生长、器件制备等技术上实现突破，并应用于在光伏、充电、新能源汽车等新兴领域。

碳化硅MOSFET在许多方面优于IGBT的卓越性能不用质疑。但与此同时，因其材料、结构的特殊性，碳化硅MOSFET的可靠性与寿命也一直是工程师们关注与讨论的热点。相比硅基IGBT，碳化硅MOSFET需要特殊的工艺、设计和测试来保证可靠性。

SiC能使用硅器件的许多著名概念和工艺技术，其中包括基本的器件设计，如垂直型肖特基二极管或垂直型功率MOSFET。因此，用于验证硅器件长期稳定性的许多方法可以直接用到SiC上。但更深入的分析表明，基于SiC的器件还需要进行一些不同于Si器件的额外可靠性试验。这是因为：

■ SiC材料本身具有的特定缺陷结构、各向异性、机械性能和热性能等

■ 更大的带隙及其对MOS器件的界面陷阱密度和动力特性的影响

■ 材料本身及器件终端在运行中高达10倍的电场强度，以及高电场强度对氧化层寿命的影响

■ 高压运行（VDS>1000V）与快速开关（> 50V/ns）相结合的新运行模式

所列项目可能对所有既有的质量认证试验都有影响。由于力学特性不同，功率循环二次试验所得的结果也会不同。与基于硅的功率器件不同的是，SiC的氧化层可靠性试验设置还必须涵盖阻断模式下的稳定性。此外，许多现有的、用于规范加速试验的合格标准，都必须利用模型推断试验数据，使其与现实世界里的应用条件建立关联。必须验证这些模型参数对于SiC的适用性和准确性。

在过去25年里开发和生产基于SiC的功率器件的过程中，英飞凌对所有这些项目进行了深入的分析。一边开发新试验用于测试基于硅的功率半导体器件所没有的不同运行模式，一边改进其他试验以考虑到SiC特有的要求。必须强调的是，特性鉴定和验证体系的主要组成部分是基于应用条件的应力分析。这样做是为了能够评估SiC器件的临界运行条件，并了解新的潜在失效机制。

为此，我们准备了一系列文章，来介绍碳化硅MOSFET失效机理、应对措施以及认证标准。我们会聚集于介绍碳化硅MOSFET栅极氧化层可靠性、交流和直流偏压温度不稳定性、体二极管退化、抗短路和宇宙射线能力、产品标准和汽车级认证等8大话题，为你带来最全面的碳化硅可靠性分析。