碳化硅MOSFET的经济高效且可靠的大功率解决方案
碳化硅已被证明是高功率和高电压设备的理想材料。但是，设备的可靠性极其重要，我们不仅指短期可靠性，还指长期可靠性。性能、成本和可制造性也是其他重要因素，但可靠性和坚固性是碳化硅成功的关键。全球有 30 多家公司已将 sic 技术作为其功率器件生产的基础。此外，几家领先的功率模块和功率逆变器制造商已经为未来基于 sic 的产品的路线图奠定了基础。碳化硅 （sic）mosfet 即将彻底取代硅功率开关；该行业需要能够应对不断变化的市场的新驱动和转换解决方案。
性能和可靠性
可以通过在 sic 功率器件上运行 htgb（高温栅极偏置）和 htrb（高温反向偏置）应力测试来评估性能。littelfuse 已在 175 °c 的温度下对 1200v、80mω sic mosfet 进行了压力测试，使用不同的 v gs值并对器件施加压力长达 1000 小时。结果如图 1 所示。
图 1：htrb 和 htgb 压力测试结果
尽管取得了优异的成绩，htgb+测试（v gs =+25v，t=175°c）的持续时间已延长至5500小时，而htgb-测试的持续时间（v gs =-10v，t=175°c ） 已延长至 2700 小时。即使在这些情况下，也观察到了最小偏差，证实了 sic mosfet 在这些条件下的性能和可靠性。
栅极氧化物是碳化硅 mosfet 的关键元件，因此其可靠性极为重要。栅极氧化层可靠性的评估分为两部分。第一部分基于 tddb（时间相关介质击穿）测试。根据施加在栅极氧化物上的电场（从 6 到 10 mv/cm），器件寿命会发生很大变化。图 2 显示了该测试在不同温度下的结果。在第二部分中，对常见的 1200v、18mω 硅 mosfet 进行了加速栅极氧化物寿命测试。两个测试结果之间的密切一致性证实了 sic mosfet 是可靠的器件，在 t=175°c 和 v gs = 25v下运行时，预计使用寿命超过 100 年。
图 2：加速栅极氧化物寿命测试的结果
短路鲁棒性
与碳化硅技术相关的另一个重要方面是短路鲁棒性。为了检查其碳化硅功率器件的短路稳定性，littelfuse开发了自己的特定测试板。该电路如图 3 所示，包括一个 1200v 80mω sic mosfet （dut）、一个仅用于安全原因的 igbt （q1） 和三个电容器。结果如图 4 所示，取决于施加的栅极电压（12v、15v、18v 或 20v），短路耐受时间会发生显着变化。
图 3：短路测试电路
图 4：不同栅极电压下的短路耐受时间
最长的时间（约 15µs）是在最低栅极电压（12v）下获得的。此外，峰值电流强烈依赖于栅极电压，从 20v 栅极电压下的几乎 300a 下降到 12v 栅极电压下的大约 130a。即使碳化硅 mosfet 的短路耐受时间比 igtb 的短路耐受时间短，sic 器件也可以通过集成到栅极驱动器 ic 中的去饱和功能得到保护。
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图 2：加速栅极氧化物寿命测试的结果
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与碳化硅技术相关的另一个重要方面是短路鲁棒性。为了检查其碳化硅功率器件的短路稳定性，littelfuse开发了自己的特定测试板。该电路如图 3 所示，包括一个 1200v 80mω sic mosfet （dut）、一个仅用于安全原因的 igbt （q1） 和三个电容器。结果如图 4 所示，取决于施加的栅极电压（12v、15v、18v 或 20v），短路耐受时间会发生显着变化。
图 3：短路测试电路
图 4：不同栅极电压下的短路耐受时间
最长的时间（约 15µs）是在最低栅极电压（12v）下获得的。此外，峰值电流强烈依赖于栅极电压，从 20v 栅极电压下的几乎 300a 下降到 12v 栅极电压下的大约 130a。即使碳化硅 mosfet 的短路耐受时间比 igtb 的短路耐受时间短，sic 器件也可以通过集成到栅极驱动器 ic 中的去饱和功能得到保护。
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