随着栅极信号的施加,栅极电流开始从栅极流向阴极。栅极电流在阴极表面的电流密度分布不均匀。栅极附近的电流密度分布要高得多。随着与栅极距离的增加,密度会降低。因此,阳极电流在栅极附近的狭窄区域中流动,栅极电流密度最高。从上升时间开始,阳极电流开始自行扩散。阳极电流以 0.1 毫米/秒的速率扩散。扩散阳极电流需要一些时间,如果上升时间不够,则阳极电流无法扩散到整个阴极区域。现在施加了较大的阳极电流,并且也有较大的阳极电流流过 SCR。因此,开启损耗很高。由于这些损耗发生在一小块导电区域,因此可能形成局部热点,并可能损坏设备。
表 1 最大额定值 符号 值 单位 断态重复峰值电压 V DRM 1500 V 反向重复峰值电压 V RRM -10 V 断态电压变化率抗扰度(VD =1500V) dv/dt 1000 V/µSec 峰值非重复浪涌电流(1/2 正弦波脉冲持续时间 =/<300nSec) I TSM 4000 A 峰值重复浪涌电流(1/2 正弦波脉冲持续时间 =/<300nSec) I TRM 3500 A 电流变化率 dI/dt 100 kA/µSec 临界电容放电事件积分(欠阻尼 LCR 电路) I 2 t CRITICAL TBD A 2 秒重复电容放电事件积分(欠阻尼 LCR 电路) I 2 t REPETITIVE 2A 2秒连续栅极-阴极反向电压V GKS -9 V正向峰值栅极电流(10
2.2。方法论和实验结果,在每个脉冲之间,将重复的短路测试应用于DUT。测试条件为V ds = 600 V,V缓冲区= -5V/+18V和t情况=室温。已经进行了先前的研究[1,3],以估计平均T SCWT(短路承受时间),约5 µs。找到了这段时间,设置了脉冲宽度的70%T SCWT(3.5 µs)的百分比。因此,防止热失控,然后防止了灾难性的排水量故障模式。SC中的所有测试设备仅显示栅极源降解。图2,第一个短电路事件(#Cycle1,蓝线)和最后一个(#Cycle400,红线)中的波形显示。在栅极电流(I G)上观察到的异常效应(电流凸起)可能是由于PCB(印刷板电路)寄生元件引起的电磁干扰以及相关的共同模式电流。
研究了功率 AlGaN/GaN HEMT 系列的击穿失效机制。这些器件采用市售的 MMIC/RF 技术与半绝缘 SiC 衬底制造。在 425 K 下进行 10 分钟热退火后,对晶体管进行了随温度变化的电气特性测量。发现没有场板的器件的击穿性能下降,负温度系数为 0.113 V/K。还发现击穿电压是栅极长度的减函数。在漏极电压应力测试期间,栅极电流与漏极电流同时增加。这表明从栅极到 2-DEG 区域的直接漏电流路径的可能性很大。漏电流是由原生和生成的陷阱/缺陷主导的栅极隧穿以及从栅极注入到沟道的热电子共同造成的。带场板的器件击穿电压从 40 V(无场板)提高到 138 V,负温度系数更低。对于场板长度为 1.6 l m 的器件,温度系数为 0.065 V/K。2011 Elsevier Ltd. 保留所有权利。
摘要 — 过去十年,碳化硅 (SiC) 功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的商业化不断扩大。栅极氧化物可靠性是 SiC 功率 MOSFET 的主要问题,因为它决定了器件的使用寿命。在这项工作中,我们研究了商用 1.2 kV SiC 功率 MOSFET 在不同栅极电压下的栅极漏电流。高氧化物电场引发的碰撞电离和/或阳极空穴注入 (AHI) 导致空穴捕获,从而增强了栅极漏电流并降低了器件的阈值电压。由于 Fowler-Nordheim (FN) 隧穿而产生的电子注入和捕获往往会降低栅极漏电流并增加阈值电压。还对商用 MOSFET 进行了恒压时间相关电介质击穿 (TDDB) 测量。栅极漏电流的结果表明,场加速因子的变化是由于高栅极氧化物场下栅极电流/空穴捕获增强所致。因此,建议在低栅极电压下进行 TDDB 测量,以避免在正常工作栅极电压下高估寿命。
摘要 — 本文首先讨论了在短路电热应力下 1200 V SiC 功率 MOSFET 中产生短路故障或开路故障特征的判别现象。由于开路故障行为与应用特别相关,本文接着提出了对一些商用器件的基准测试,确定了一款产品,该产品在偏置电压高达额定值的至少 50% 的情况下,能够提供一致的开路故障特性。对于该特定器件,我们将提供全面的功能和结构特性。具体而言,本文表明:栅极电流是短路应力下随后发生的退化的有效监测器,可用于评估损伤积累以及器件退化的可逆性或永久性;开路故障特征与栅极结构的退化有关,在距离有源单元相对较远且不涉及场氧化物的区域中,栅极和源极端子之间会产生短路。该发现与分立器件和多芯片功率模块(包括多个并联连接的芯片)的应用相关。