本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體的測(cè)試及應(yīng)用，尤其涉及一種sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試裝置及方法。
背景技術(shù)：
1、sic?mosfet由于優(yōu)秀的耐高壓、耐高溫能力，在高功率密度變換器中得到了廣泛的應(yīng)用，包括電動(dòng)汽車(chē)充電樁、光伏逆變器等。相比igbt等功率器件，sic?mosfet能夠提升變換器的工作電壓和工作頻率，并為電感、電容等無(wú)源器件的小型化提供基礎(chǔ)，顯著提升變換器的性能。
2、然而，由于制造工藝和器件特性本身的限制，sic?mosfet在柵氧化層可靠性方面存在缺陷。受電場(chǎng)應(yīng)力，特別是柵氧化層電場(chǎng)應(yīng)力的應(yīng)力影響，器件在長(zhǎng)期工作中存在顯著的柵氧化層退化，并導(dǎo)致其電氣特征參數(shù)存在漂移。具體而言，器件的閾值電壓和導(dǎo)通電阻可能逐漸增加，并導(dǎo)致器件的開(kāi)關(guān)時(shí)間等特性進(jìn)一步變化，這可能導(dǎo)致變換器的特性不滿足設(shè)計(jì)需求，并增加其損壞的風(fēng)險(xiǎn)，因此，需要對(duì)sic?mosfet在高電場(chǎng)應(yīng)力下的柵氧化層可靠性及其預(yù)期壽命進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。
3、對(duì)于sic?mosfet而言，目前的可靠性測(cè)試主要針對(duì)封裝和半導(dǎo)體兩個(gè)方面。封裝測(cè)試主要對(duì)器件的鍵合線和焊料層等進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)內(nèi)部發(fā)熱或外部熱源等等方式對(duì)器件施加熱應(yīng)力，加速器件的封裝退化并評(píng)估其在長(zhǎng)期應(yīng)用中的可靠性。對(duì)于半導(dǎo)體可靠性測(cè)試，目前sic?mosfet的半導(dǎo)體可靠性評(píng)估可以分為以下兩種類(lèi)型：
4、（1）靜態(tài)應(yīng)力試驗(yàn)方法，例如高溫柵偏和高溫反偏試驗(yàn)。這種方式主要對(duì)器件施加靜態(tài)的高電場(chǎng)和高溫應(yīng)力，但是無(wú)法表征器件在變換器中面臨的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，常用于器件的通過(guò)性測(cè)試，而非對(duì)其壽命進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。
5、（2）動(dòng)態(tài)柵極應(yīng)力試驗(yàn)方法。該方法主要對(duì)器件柵源極施加動(dòng)態(tài)應(yīng)力，以模擬柵極開(kāi)關(guān)過(guò)程的影響，但是無(wú)法評(píng)估動(dòng)態(tài)漏源電壓和的電流應(yīng)力的影響。
6、近年來(lái)，一些文獻(xiàn)提出了動(dòng)態(tài)漏源電壓下的器件測(cè)試方法（cai?y,?sun?p,?chenc,?et?al.?investigation?on?gate?oxide?degradation?of?sic?mosfet?in?switchingoperation?[j].?ieee?transactions?on?power?electronics,?2024,?39(8):?9565-9578.），但是缺乏對(duì)不同工況下的測(cè)試方案以及相應(yīng)的壽命評(píng)估方法，且裝置設(shè)計(jì)缺乏足夠的靈活性。因此，迫切需要一種配置靈活的柵氧化層可靠性測(cè)試裝置，以充分表征sicmosfet在漏源電壓和電流工況下的老化特征。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)試裝置及方法的準(zhǔn)確性和靈活性不足問(wèn)題。
2、基于上述目的，本發(fā)明提供了一種sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試裝置，包括：
3、高壓直流電壓電源，輔助直流電壓源，信號(hào)發(fā)生裝置，半橋測(cè)試電路，柵極驅(qū)動(dòng)電路，負(fù)載電感，負(fù)載電阻以及測(cè)量設(shè)備；
4、所述高壓直流電壓電源用于向半橋測(cè)試電路提供指定的直流電壓，所述輔助直流電壓源用于向柵極驅(qū)動(dòng)電路供電。
5、所述半橋測(cè)試電路包括母線電容，上開(kāi)關(guān)管，下開(kāi)關(guān)管，以及用于配置電路工作模式的開(kāi)關(guān)；
6、所述柵極驅(qū)動(dòng)電路用于對(duì)上開(kāi)關(guān)管和下開(kāi)關(guān)管提供最大值和最小值可調(diào)的柵源電壓；
7、所述負(fù)載電感用于限制上開(kāi)關(guān)管和下開(kāi)關(guān)管中的漏源電流大小，負(fù)載電阻作為可選負(fù)載，通過(guò)開(kāi)關(guān)接入電路中；
8、所述信號(hào)發(fā)生裝置用于為被測(cè)器件輸入測(cè)試信號(hào)，所述測(cè)量設(shè)備用于測(cè)量被測(cè)器件的閾值電壓變化。
9、本發(fā)明還提供一種基于上述sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于，所述測(cè)試方法包括以下步驟：
10、將被測(cè)器件設(shè)置為半橋測(cè)試電路中的下開(kāi)關(guān)管，并工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，上開(kāi)關(guān)管采用與被測(cè)器件同型號(hào)的sic?mosfet或采用二極管替代；
11、在恒定占空比和恒定開(kāi)關(guān)頻率的條件下，對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行測(cè)試，并使用測(cè)量設(shè)備測(cè)量其閾值電壓變化，評(píng)估柵氧化層的退化程度；
12、調(diào)整被測(cè)器件柵源電壓的正負(fù)值，以及柵極驅(qū)動(dòng)電路中的驅(qū)動(dòng)電阻大小，分析不同柵極電壓、柵極電阻下的sic?mosfet柵氧化層退化特征；
13、調(diào)整高壓直流電源的電壓，以及負(fù)載電感的大小，進(jìn)而對(duì)被測(cè)器件的漏源電壓和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，分析不同工況下的sic?mosfet柵氧化層退化特征。
14、優(yōu)選地，本方法還包括：
15、通過(guò)調(diào)整占空比，在高壓直流電源和負(fù)載電感相同的條件下，增加被測(cè)器件的漏源電流，通過(guò)增加開(kāi)關(guān)頻率，加速器件的柵氧化層退化，縮短試驗(yàn)時(shí)間。
16、優(yōu)選地，本方法還包括：
17、在不同溫度條件下對(duì)器件的柵氧化層退化特征進(jìn)行測(cè)試，分析不同工作環(huán)境下的sic?mosfet柵氧化層退化特征。
18、優(yōu)選地，每種工況和應(yīng)力條件重復(fù)三次以上試驗(yàn)，當(dāng)三組試驗(yàn)結(jié)果相差較大時(shí)，進(jìn)一步補(bǔ)充試驗(yàn)，間隔固定時(shí)間測(cè)試器件的閾值電壓變化，當(dāng)其變化超過(guò)20%時(shí)，認(rèn)為器件失效并中止試驗(yàn)。
19、優(yōu)選地，本測(cè)試方法進(jìn)一步包括：
20、測(cè)試器件初始閾值電壓、導(dǎo)通電阻、開(kāi)關(guān)時(shí)間、雪崩擊穿電壓，明確器件能夠正常使用；
21、選擇所需漏源電壓和峰值電流，基于上述條件計(jì)算負(fù)載電阻參數(shù)和導(dǎo)通時(shí)間；
22、計(jì)算單個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程的損耗，并基于數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的熱阻對(duì)器件的結(jié)溫進(jìn)行仿真計(jì)算，當(dāng)器件的結(jié)溫超出數(shù)據(jù)手冊(cè)指定最大結(jié)溫時(shí)，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率以降低結(jié)溫；
23、在指定工作狀態(tài)下對(duì)器件進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，每隔固定時(shí)間間隔，測(cè)量器件的閾值電壓并進(jìn)行記錄，當(dāng)器件的閾值電壓變化超過(guò)20%時(shí)，認(rèn)為器件失效并中止試驗(yàn)；
24、基于兩組不同電壓下的試驗(yàn)獲得模型參數(shù)；
25、基于其余實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，如果預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果偏差較大，則對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行校正，直至滿足測(cè)試需求。
26、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的測(cè)試裝置與方法，能夠顯著縮短器件可靠性評(píng)估所需的應(yīng)力時(shí)間，同時(shí)能夠更準(zhǔn)確的描述不同漏源電壓應(yīng)力下的器件閾值電壓漂移特征，相比傳統(tǒng)的靜態(tài)偏置及柵極開(kāi)關(guān)應(yīng)力試驗(yàn)方法，有效引入了動(dòng)態(tài)漏源電壓、電流的影響，提升了模型測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)于sic?mosfet柵氧化層可靠性評(píng)估有一定的應(yīng)用價(jià)值。
1.一種sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試裝置，其特征在于，包括：
2.一種sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試方法，基于如權(quán)利要求1所述的sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試裝置，其特征在于，所述測(cè)試方法包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試方法，其特征在于，所述方法還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試方法，其特征在于，所述方法還包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試方法，其特征在于，每種工況和應(yīng)力條件重復(fù)三次以上試驗(yàn)，當(dāng)三組試驗(yàn)結(jié)果相差較大時(shí)，進(jìn)一步補(bǔ)充試驗(yàn)，間隔固定時(shí)間測(cè)試器件的閾值電壓變化，當(dāng)其變化超過(guò)20%時(shí)，認(rèn)為器件失效并中止試驗(yàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的sic?mosfet柵氧化層可靠性測(cè)試方法，其特征在于，所述測(cè)試方法進(jìn)一步包括：