1000h SiC MOSFET体二极管可靠性报告

碳化硅功率器件突破了硅功率器件的性能极限，能够应用在高温、高频、高压、大电流等恶劣环境中，同时提高系统效率，降低系统成本。然而恶劣的应用环境使得碳化硅功率器件的可靠性面临严峻的挑战。由于针对碳化硅器件材料不同特性的可靠性测试研究还未成熟，碳化硅功率器件的可靠性测试基本沿用硅功率器件的可靠性测试方法。碳化硅材料的禁带宽度相比于硅材料的更大，SiC MOSFET体二极管的正向压降VF比Si MOSFET体二极管的正向压降VF更大，导致体二极管续流的功耗增加，因此SiC MOSFET体二极管的可靠性更值得关注。目前SiC MOSFET体二极管的可靠性研究论文和报告较少，本文针对SiC MOSFET的体二极管可靠性进行研究。

实验过程

派恩杰根据JEDEC标准搭建一个能同时测试多颗SiC MOSFET体二极管可靠性的测试平台，如图1所示，每颗器件的栅极加负压，使用风冷进行散热。给SiC MOSFET体二极管长时间通直流电流，通过观察器件的正向导通能力与反向阻断能力的退化情况，研究SiC MOSFET体二极管可靠性。此平台可以采集器件的壳温然后通过上位机控制风扇风速实现自动测试不同的芯片结温。

图1. 体二极管可靠性测试平台

本文采用派恩杰1200V 80mΩ 3pin SiC MOSFET P3M12080K3-732303进行体二极管可靠性测试，测试条件为Vgs=-5V，Isd=5A。通过热成像仪看器件的壳温达到130℃左右，如图2所示。通过公式Tj=Tc+Rjc*Pd可估算器件的结温在150℃左右，其中Tj是器件结温，Tc是器件壳温，Rjc是器件结壳热阻，Pd是器件所加功率。

图2. P3M12080K3体二极管可靠性壳温

P3M12080K3体二极管加5A直流电流1000h后，典型点值阈值电压Vth、导通电阻Rdson、耐压Bvdss和体二极管正向导通压降VFSD变化率如图3、图4、图5、图6所示。可以看出Vth、Rdson、Bvdss和VFSD的变化率均较小，全部符合规范。

图3. Vth随时间变化率


图4. Rdson随时间变化率


图5. Bvdss随时间变化率


图6. VFSD随时间变化率

P3M12080K3体二极管加5A直流电流1000h后，耐压曲线、转移曲线、输出曲线、VFSD曲线等变化如图7、图8、图9、图10所示。可以看出曲线随时间的变化均较小，器件的性能稳定。

图7. 1000h耐压曲线变化


图8. 1000h转移曲线变化


图9. 1000h输出曲线变化


图10. 1000h VFSD曲线变化

P3M12080K3体二极管经过1000h直流可靠性测试，器件的性能退化均比较小，器件参数变化率远低于20%的失效标准。P3M12080K3长时间工作在较高的结温工况且器件性能退化较小，说明了派恩杰SiC MOSFET功率器件性能稳定可靠性高。