SiC器件的市場份額預(yù)計將在未來幾年加速增長，主要推動因素是運輸行業(yè)的電氣化。SiC管芯將成為車載充電器和動力傳動牽引系統(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較高，因此高壓SiC器件的外形比同類硅器件小得多，并且可以在更高的開關(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。實際上，最高工作溫度通?？蛇_175 °C，很少超過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管芯的數(shù)量。
 
隨著SiC器件從利基市場轉(zhuǎn)向主流市場，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。為輕松實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，制造廠正在建立可與現(xiàn)存硅生產(chǎn)線共用工具的SiC生產(chǎn)線。這種安排可有效降低SiC管芯的成本，因為這樣做可與Si生產(chǎn)線分擔開銷。隨著晶圓供應(yīng)商大幅度提高產(chǎn)能，近來在晶圓供貨方面的限制已不再是問題。由于4H-SiC襯底和外延生長的不斷改進，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)測試可知，晶圓質(zhì)量越高，SiC器件的產(chǎn)量就越高。
 
但請務(wù)必記住，由于這些器件僅僅上市幾年，因此其現(xiàn)場可靠性數(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)，因此其認證比硅器件的認證困難得多。在SiC器件中，反向偏置條件下的電場高出將近一個數(shù)量級。如果不采用適當?shù)脑O(shè)計規(guī)則，這種高電場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，因此老化測試期間可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定性。一直以來，我們都專注于提高長期可靠性，而取得的成果也令人欣慰，最近的報告顯示器件已通過嚴格的工業(yè)和汽車（AEC-Q101）標準認證。
 
除此之外，SiC供應(yīng)商也已開始采取下一步行動，即為惡劣環(huán)境耐受性測試提供數(shù)據(jù)。
 
惡劣環(huán)境耐受性測試
 
作為示例，Microchip通過子公司Microsemi在其適用于700V、1200V和1700V電壓節(jié)點的SiC SBD和MOSFET上進行了惡劣環(huán)境耐受性測試。測試表明，高水平的非鉗位感應(yīng)開關(guān)（UIS）耐受性對于保證器件的長期可靠性至關(guān)重要。同時還表明，在UIS測試期間，高瞬態(tài)電流流過反向偏置器件，并驅(qū)動其進入雪崩擊穿狀態(tài)。在高電流和高電壓的共同作用下，會產(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到500°C，遠高于典型溫度額定值。
 
UIS的耐受性與生產(chǎn)線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測試期間過早失效。這就解釋了為什么對產(chǎn)品系列耐受性的全面分析中應(yīng)當包含單脈沖和重復(fù)UIS（RUIS）測試。
 
單脈沖測試用作篩選測試，用于識別UIS耐受性較低的器件。為了保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊中的UIS額定值，所有器件在交付給客戶之前都應(yīng)經(jīng)過測試。不過，器件在現(xiàn)場投入使用期間可能會經(jīng)歷多次UIS事件。為了分析逐漸磨損的特性，需要重復(fù)測試。要深入分析特性，應(yīng)對器件施加大量脈沖，常見做法是100,000次沖擊。
 
在UIS脈沖期間，被測器件中的電流連續(xù)降低，而電壓基本保持恒定，但會因熱效應(yīng)而略微變化（圖1）。UIS脈沖的能量由脈沖開始時的最大電流和負載的電感定義。在測試過程中，通過改變電感值來調(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測試具有特定的約束條件，主要目的是防止一個脈沖與下一個脈沖的溫度發(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扇下方的位置。

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