SiC功率器件与高温反偏

一、SiC功率器件的概况

SiC（碳化硅）功率器件以其耐高温、耐高压、低开关损耗等特性，能有效实现电力电子系统的高效率、小型化、轻量化、高功率密度等要求，受到了新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域的追捧。

在车用领域，SiC功率器件在能量转换效率上的显著优势，能有效增加电动汽车的续航里程和充电效率。另外，SiC器件的导通电阻更低、芯片尺寸更小、工作频率更高，能够使电动汽车适应更加复杂的行驶工况。随着SiC良率的提升、成本的降低，SiC功率器件在新能源汽车上的装机量会大幅上升，SiC功率器件的车用需求也会迎来跨越式发展。

当前，SiC全球产业布局上，形成美、欧、日三强态势，但与第一代、第二代半导体材料相比，全球第三代半导体产业均还在发展初期，国内与主流SiC产业差距不大，为国产三代半产业提供了弯道超车、打入半导体元器件高端产业链的机会。

国产SiC功率器件面临的主要问题

目前，SiC产业普遍遇到的问题是良率低、成本高的瓶颈，而对于国产器件，一致性和可靠性也是其市场应用的拦路虎，要获取市场信任与认可，可靠性验证是必经之路。验证SiC功率器件高温与高压下的模拟寿命，可采用高温反偏（HTRB）作为基础的验证试验。

二、SiC功率器件的高温反偏试验

1、高温反偏试验的作用

高温反偏试验是模拟器件在静态或稳态工作模式下，以最高反偏电压或指定反偏电压进行工作，以研究偏置条件和温度随时间对器件的寿命模拟。甚至一些厂商还会将其作为一筛或二筛的核心试验。

2、高温反偏的试验条件

分立器件的高温反偏主要采用的试验标准有MIL-STD-750 方法1038、JESD22-A108、GJB 128A-1997 方法1038、AEC-Q101表2 B1项等。

各类标准从试验温度、反偏电压电参数测试均做出了明确的定义，而试验方法、原理均差别不大，其中，以车规的要求最为严苛，在模拟最高结温工作状态下，100%的反偏电压下运行1000h。

对于SiC功率器件而言，其最大额定结温普遍在175℃以上，而反偏电压已超过650V，更高的温度、更强的电场加速钝化层中可移动离子或杂质的扩散迁移，从而提前发现器件异常，较大程度地验证器件的可靠性。

美军标和车规标准高温反偏试验条件的对比

3、SiC功率器件高温反偏试验的过程监控

Si基的二极管高温漏电流一般在1~100μA，而SiC二极管高温反偏试验过程漏电流通常比较小，为0.1~10μA级别。如果器件存在缺陷，漏电还会随着时间的推移而逐渐上升。这需要有实时的、较高精度的漏电监控系统，提供整个试验周期漏电流的监控数据以观察器件的试验状态。

高温反偏试验台漏电流监控界面

4、如何通过高温反偏试验？

高温反偏试验主要考察器件的材料、结构、封装可靠性，可反映出器件边缘终端、钝化层、键合（interconnect）等结构的弱点或退化效应。

因此，功率器件是否能通过高温反偏试验，应从产品设计阶段考虑风险，综合考量电场、高温对材料、结构、钝化层的老化影响。以实际应用环境因素要求一体化管控材料选型、结构搭建设计，提升良品率。