理解寬禁帶半導(dǎo)體的重要性和挑戰(zhàn)

功率電子學(xué)在現(xiàn)代科技領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色，尤其是在可再生能源和電動(dòng)交通領(lǐng)域。為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的高效率、小巧緊湊組件的需求，我們需充分認(rèn)識(shí)并保證寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體（如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN））的可靠性。在NI Connect活動(dòng)中，NI專(zhuān)家 Gabriel Lieser主講了一堂關(guān)于功率電子學(xué)動(dòng)態(tài)測(cè)試的研討會(huì)，重點(diǎn)關(guān)注如何為這些關(guān)鍵半導(dǎo)體材料量身打造可靠性測(cè)試方案。

WBG半導(dǎo)體的重要性

Lieser首先強(qiáng)調(diào)了功率電子學(xué)在現(xiàn)代科技中的核心地位，尤其是在綠色能源和電動(dòng)汽車(chē)（EV）領(lǐng)域。隨著人們追求更高效率和更小型、更強(qiáng)大的組件，WBG材料逐漸得到廣泛應(yīng)用。SiC和GaN器件憑借其優(yōu)越的性能，已逐步取代傳統(tǒng)硅基器件，成為眾多應(yīng)用的首選。然而，這些新型材料在可靠性測(cè)試方面面臨諸多挑戰(zhàn)，需要?jiǎng)?chuàng)新性的測(cè)試方法來(lái)解決。

可靠性測(cè)試的演變

傳統(tǒng)的可靠性測(cè)試（如適用于硅基器件的1000小時(shí)測(cè)試）無(wú)法完全適用于SiC和GaN器件，因?yàn)樗鼈兙哂胁煌氖C(jī)制和加速壽命因素。因此，業(yè)界急需制定專(zhuān)門(mén)針對(duì)WBG半導(dǎo)體的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。Lieser強(qiáng)調(diào)，理解可靠性測(cè)試中的加速因子至關(guān)重要。例如，要在1000小時(shí)的測(cè)試中模擬20年的使用壽命，就需要根據(jù)溫度、應(yīng)力等因素計(jì)算出適當(dāng)?shù)募铀僖蜃?。精?zhǔn)的測(cè)量和控制是確保測(cè)試結(jié)果真實(shí)反映長(zhǎng)期性能的關(guān)鍵。

特定的失效機(jī)制

研討會(huì)上探討了SiC MOSFET中的柵極應(yīng)力和GaN HEMTs中的濕氣引發(fā)的失效等具體失效機(jī)制。Lieser分享了經(jīng)過(guò)加速壽命測(cè)試的汽車(chē)級(jí)SiC MOSFET的實(shí)際數(shù)據(jù)，揭示了長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力后導(dǎo)通電阻的明顯增大，這將直接影響到電動(dòng)汽車(chē)的效率和性能。這些發(fā)現(xiàn)凸顯了在可靠性評(píng)估中考慮這些新型失效模式的必要性。

溫度控制與動(dòng)態(tài)測(cè)試

溫度控制在動(dòng)態(tài)測(cè)試中占據(jù)主導(dǎo)地位。溫度不均可能導(dǎo)致誤判，如溫度引起的閾值電壓偏移。正確預(yù)處理柵極閾值電壓對(duì)于獲取一致且可靠的測(cè)量結(jié)果至關(guān)重要。Lieser的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，不當(dāng)?shù)念A(yù)處理可能導(dǎo)致高達(dá)100小時(shí)測(cè)試時(shí)間的測(cè)量噪聲，進(jìn)而扭曲測(cè)試結(jié)果。

比較分析與行業(yè)適應(yīng)

Lieser展示了多家廠(chǎng)商生產(chǎn)的各類(lèi)SiC MOSFET在應(yīng)力下的性能對(duì)比分析，揭示了它們之間的性能差異。這種差異性突出了全面測(cè)試和表征每種器件以確保其實(shí)用可靠性的必要性。他強(qiáng)調(diào)，可靠性測(cè)試社區(qū)需要積極適應(yīng)并發(fā)展，以應(yīng)對(duì)WBG半導(dǎo)體所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。通過(guò)研發(fā)新的測(cè)試方法以及深入理解SiC和GaN器件的獨(dú)特失效機(jī)制，業(yè)界有望確保這些關(guān)鍵組件的長(zhǎng)期可靠性。

結(jié)語(yǔ)

Lieser的觀(guān)點(diǎn)為從事可靠性測(cè)試工作的專(zhuān)業(yè)人員提供了寶貴的指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)了在功率電子學(xué)快速發(fā)展的背景下，精準(zhǔn)測(cè)量、溫度控制及定制測(cè)試協(xié)議的重要性。研討會(huì)強(qiáng)調(diào)，業(yè)界應(yīng)致力于開(kāi)發(fā)和采納新的可靠性標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法，以應(yīng)對(duì)WBG半導(dǎo)體所帶來(lái)的獨(dú)特挑戰(zhàn)，確保其在可再生能源和電動(dòng)交通等關(guān)鍵領(lǐng)域的穩(wěn)定性能。