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最近，國產(chǎn)SiC MOSFET質量問題感覺有點被“以偏概全”、過度放大了，一定程度影響了整體國產(chǎn)品牌的聲譽，但實際上一些頭部國產(chǎn)品牌的碳化硅器件質量管控體系還是不錯，行業(yè)還是要看到和可能近些年國產(chǎn)碳化硅的進步，而且需要給更多的國產(chǎn)品牌一些成長的“時”和“機”。
客觀來說，對于在怎么用好或者充分發(fā)揮SiC MOSFET的優(yōu)勢，全球企業(yè)都在進一步摸索和優(yōu)化階段，尤其是在檢測SiC MOSFET可靠性問題方面，需要開發(fā)出更好的、更高效、更低成本的方式和方法。
前段時間，福特汽車和美國俄亥俄州立大學團隊發(fā)布的文獻《使用新型溫度觸發(fā)方法分析柵極氧化物屏蔽對?SiC?功率?MOSFET?界面陷阱密度的影響》，宣布開發(fā)出了一種新穎的溫度觸發(fā)閾值電壓偏移?(T3VS)?方法，用于研究1200V平面柵和溝槽柵SiC MOSFET柵氧層SiC /SiO2界面處界面態(tài)密度（Dit）。
福特汽車證明了這種方法是可行的，而且不需要詳細了解SiC MOSFET器件設計或制造參數(shù)，大大降低了檢測設備投入和時間成本（獲取該文獻請加微信：hangjiashuo999）。
研發(fā)背景：?解決SiC MOS柵氧可靠性問題
福特汽車團隊認為，SiC MOSFET具有很多的優(yōu)勢，正在很多領域替代硅基開關器件。但是，與硅基競品相比，SiC MOSFET器件SiC/SiO2界面處的界面態(tài)密度(Dit)幾乎高出兩個數(shù)量級，這會導致出現(xiàn)性能和可靠性問題。
首先，SiC MOSFET的反型溝道遷移率仍在30–50 cm2/V-s范圍內(nèi)，幾乎比硅器件（>200 cm2/V-s）低一個數(shù)量級。
其次，高Dit會導致閾值電壓不穩(wěn)定，危及SiC MOSFET器件在運行過程中的可靠性。
第三，碳化硅襯底和外延高密度的凹坑和孔洞等外部缺陷，以及氧化物中的污染對柵極氧化物的可靠性造成了重大問題。這些缺陷的存在會導致柵極氧化物內(nèi)局部電場和電流密度增加，導致SiC MOSFET器件過早失效。
目前，平面柵SiC MOSFET占據(jù)市場主導地位，然而，業(yè)界越來越關注通道遷移率和短路耐受時間更好的溝槽柵SiC MOSFET器件。但是，相較之下，溝槽SiC MOSFET 的可靠性問題更大，這歸因于其設計和制造工藝。
一方面，SiC MOSFET的溝槽角落在高柵極偏置下會發(fā)生電場擁擠，導致柵極氧化物可靠性下降；
另一方面，溝槽SiC MOSFET中的柵極氧化物是沉積的，而不是像平面SiC MOSFET那樣是熱生長，因此氧化物的質量也會受到影響。而柵極氧化物處理技術會影響Dit的變化。
因此，需要實施適當?shù)暮Y選，以有效消除柵極氧化物質量較差的SiC MOSFET器件。 目前，業(yè)界有兩種篩選技術：
一種基于高壓和高溫的篩選技術，該技術可以去除有缺陷的器件，同時靜態(tài)特性（例如閾值電壓Vth）的退化可以忽略不計。但這種方法的篩選條件受限：氧化物場（Escreen）小于9 MV/cm，篩選時間（Tscreen）為100 ms-1 s，這是了防止由于電荷捕獲導致Vth發(fā)生大幅負向偏移，從而降低篩選效率。
另一種是新的室溫篩選方法，稱為調(diào)整脈沖篩選 (SWAP)，該方法的的篩選條件為Escreen ≥9MV/cm，Tscreen為10秒，然后采用8MV/cm的調(diào)整脈沖（Eadj）。通過在施加Eadj脈沖的同時釋放捕獲的空穴，SWAP有助于恢復由于高Escreen 引起的負Vth偏移，因此這種方法可以實現(xiàn)更高效的器件篩選，并且無需高溫。
但是，SWAP技術的主要問題是，由于柵極氧化場高，可能會在導帶邊緣附近引入額外的界面態(tài)。而界面態(tài)的存在會影響 SiC MOSFET 的可靠性和性能，因此業(yè)界已經(jīng)進行了多項研究，以提取能量相關的Dit分布，尤其是靠近導帶邊緣的分布。
目前，業(yè)界采用了許多不同技術來提取Dit分布，然而，這些技術通常表現(xiàn)出有限的適應性，并且通常需要極其靈敏的設備和/或復雜的測量和提取過程。
SWAP方法的測試流程。
福特方法：監(jiān)測柵壓溫變，輕松提取Dit分布
福特汽車團隊認為，對應他們這些汽車廠商來說，傳統(tǒng)的Dit提取方法很復雜，需要精密的儀器、復雜的分析，而更為重要的是，做這些分析需要SiC?MOSFET器件設計和制造相關的深度信息，而SiC MOSFET器件的購買方通常無法獲得這些信息。
為此，他們希望開發(fā)一種新的方法，只需要僅利用SiC MOSFET器件的傳輸特性，就能很簡單地實現(xiàn)Dit數(shù)據(jù)的提取和分析。
根據(jù)文獻，福特汽車團隊提出了一種新穎而直接的Dit提取技術，他們將它稱為溫度觸發(fā)閾值電壓偏移(T3VS)方法，并且已經(jīng)將該方法對多家碳化硅供應商的1200V平面和溝槽柵SiC MOSFET進行了進一步驗證。
碳化硅供應商及SiC MOSFET器件規(guī)格
該團隊表示，在30 K至 450 K的寬溫度范圍內(nèi)，在恒定漏極電流為1 μA 的情況下，這種技術通過監(jiān)測柵極電壓隨溫度的變化，就能來提取非常接近導帶邊緣的Dit分布。此外，這種方法是可行的，無需詳細了解器件設計或制造參數(shù)。 該團隊還得出2個結論：
一是使用T3VS方法的Dit分析表明，與平面SiC MOSFET器件相比，溝槽SiC MOSFET器件的Dit明顯更低，因此它在實際應用中更可靠、更高效。 通過下圖可以知道，與具有溝槽SiC MOSFET器件（粉、藍和綠曲線）相比，平面柵SiC MOSFET器件（紅和黑曲線）顯示出更高的Dit。因此，溝槽器件在溝道區(qū)域中表現(xiàn)出更高的載流子密度。
此外，溝槽器件非常接近導帶邊緣（ECS-ET) 的較低Dit（～0.05 eV），可提高通道遷移率和閾值電壓穩(wěn)定性，使其在實際應用中更具吸引力。
二是SWAP方法的采用需要謹慎。
福特汽車團隊利用這種新穎的Dit提取方法，研究了SWAP方法對平面SiC MOSFET中導帶邊緣附近界面態(tài)密度的影響。結果表明，SWAP 技術本質上具有侵略性，會在導帶邊緣附近引入新的缺陷狀態(tài)。因此，在篩選優(yōu)化過程中需要格外小心，以確保篩選設備在后續(xù)應用中的可靠性和可用性。
所有SiC MOSFET器件溫變時的 (a) 閾值電壓和(b) ?Vth,T情況。
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碳化硅是新能源和工業(yè)電氣化的技術發(fā)展方向，2025年5月15日，“行家說”將在上海舉辦“電動交通&數(shù)字能源SiC技術應用及供應鏈升級大會”，本屆大會將邀請SiC頭部廠商、下游終端應用廠家等產(chǎn)業(yè)鏈核心玩家，共同探討碳化硅在新能源汽車中的技術應用等關鍵話題。
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