SiC器件的市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將在未來(lái)幾年加速增長(zhǎng)，主要推動(dòng)因素是運(yùn)輸行業(yè)的電氣化。SiC管芯將成為車(chē)載充電器和動(dòng)力傳動(dòng)牽引系統(tǒng)等應(yīng)用的模塊中的基本構(gòu)件。由于雪崩擊穿的臨界電場(chǎng)較高，因此高壓SiC器件的外形比同類(lèi)硅器件小得多，并且可以在更高的開(kāi)關(guān)頻率下工作。SiC的熱性能也十分出色，它不但擁有良好的散熱性能，還能在高溫下工作。實(shí)際上，最高工作溫度通?？蛇_(dá)175 °C，很少超過(guò)200 °C，主要限制為裝配工藝（焊接金屬和封裝材料）。SiC器件本質(zhì)上比硅器件更高效，切換到SiC管芯可以極大減少模塊中單個(gè)管芯的數(shù)量。
 
隨著SiC器件從利基市場(chǎng)轉(zhuǎn)向主流市場(chǎng)，與大規(guī)模生產(chǎn)爬坡效應(yīng)相關(guān)的主要挑戰(zhàn)正逐漸被克服。為輕松實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，制造廠(chǎng)正在建立可與現(xiàn)存硅生產(chǎn)線(xiàn)共用工具的SiC生產(chǎn)線(xiàn)。這種安排可有效降低SiC管芯的成本，因?yàn)檫@樣做可與Si生產(chǎn)線(xiàn)分擔(dān)開(kāi)銷(xiāo)。隨著晶圓供應(yīng)商大幅度提高產(chǎn)能，近來(lái)在晶圓供貨方面的限制已不再是問(wèn)題。由于4H-SiC襯底和外延生長(zhǎng)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在可提供晶體缺陷密度極低的高質(zhì)量6英寸晶圓。根據(jù)電氣參數(shù)測(cè)試可知，晶圓質(zhì)量越高，SiC器件的產(chǎn)量就越高。
 
但請(qǐng)務(wù)必記住，由于這些器件僅僅上市幾年，因此其現(xiàn)場(chǎng)可靠性數(shù)據(jù)十分有限。此外，由于SiC器件自身也面臨著一系列挑戰(zhàn)，因此其認(rèn)證比硅器件的認(rèn)證困難得多。在SiC器件中，反向偏置條件下的電場(chǎng)高出將近一個(gè)數(shù)量級(jí)。如果不采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)規(guī)則，這種高電場(chǎng)很容易損壞柵極氧化層。SiC柵極氧化層界面附近的陷阱密度也高得多。結(jié)果是，由于陷阱帶電，因此老化測(cè)試期間可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定性。一直以來(lái)，我們都專(zhuān)注于提高長(zhǎng)期可靠性，而取得的成果也令人欣慰，最近的報(bào)告顯示器件已通過(guò)嚴(yán)格的工業(yè)和汽車(chē)（AEC-Q101）標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。
 
除此之外，SiC供應(yīng)商也已開(kāi)始采取下一步行動(dòng)，即為惡劣環(huán)境耐受性測(cè)試提供數(shù)據(jù)。
 
惡劣環(huán)境耐受性測(cè)試
 
作為示例，Microchip通過(guò)子公司Microsemi在其適用于700V、1200V和1700V電壓節(jié)點(diǎn)的SiC SBD和MOSFET上進(jìn)行了惡劣環(huán)境耐受性測(cè)試。測(cè)試表明，高水平的非鉗位感應(yīng)開(kāi)關(guān)（UIS）耐受性對(duì)于保證器件的長(zhǎng)期可靠性至關(guān)重要。同時(shí)還表明，在UIS測(cè)試期間，高瞬態(tài)電流流過(guò)反向偏置器件，并驅(qū)動(dòng)其進(jìn)入雪崩擊穿狀態(tài)。在高電流和高電壓的共同作用下，會(huì)產(chǎn)生大量熱量且溫度急劇上升。耐用功率MOSFET的局部最高溫度可達(dá)到500°C，遠(yuǎn)高于典型溫度額定值。
 
UIS的耐受性與生產(chǎn)線(xiàn)前端和后端的外延質(zhì)量和制造工藝密切相關(guān)。即使外延中的微小晶體缺陷或與工藝相關(guān)的缺陷也可能構(gòu)成薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致器件在UIS測(cè)試期間過(guò)早失效。這就解釋了為什么對(duì)產(chǎn)品系列耐受性的全面分析中應(yīng)當(dāng)包含單脈沖和重復(fù)UIS（RUIS）測(cè)試。
 
單脈沖測(cè)試用作篩選測(cè)試，用于識(shí)別UIS耐受性較低的器件。為了保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)中的UIS額定值，所有器件在交付給客戶(hù)之前都應(yīng)經(jīng)過(guò)測(cè)試。不過(guò)，器件在現(xiàn)場(chǎng)投入使用期間可能會(huì)經(jīng)歷多次UIS事件。為了分析逐漸磨損的特性，需要重復(fù)測(cè)試。要深入分析特性，應(yīng)對(duì)器件施加大量脈沖，常見(jiàn)做法是100,000次沖擊。
 
在UIS脈沖期間，被測(cè)器件中的電流連續(xù)降低，而電壓基本保持恒定，但會(huì)因熱效應(yīng)而略微變化（圖1）。UIS脈沖的能量由脈沖開(kāi)始時(shí)的最大電流和負(fù)載的電感定義。在測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)改變電感值來(lái)調(diào)節(jié)能量。最大電流保持恒定；它等于SBD的正向電流額定值，也等于MOSFET的漏極電流額定值的三分之二。
 
 

RUIS測(cè)試具有特定的約束條件，主要目的是防止一個(gè)脈沖與下一個(gè)脈沖的溫度發(fā)生積聚。在施加新脈沖之前，務(wù)必確保器件溫度接近環(huán)境溫度。在圖1所示的測(cè)試設(shè)置中，使用熱電偶傳感器監(jiān)視器件的溫度，并調(diào)整脈沖重復(fù)頻率以獲得恒定的讀數(shù)。為了有助于冷卻器件，應(yīng)將其安裝在散熱器上風(fēng)扇下方的位置。

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