碳化硅功率半导体器件具有耐压高、热稳定好、开关损耗低、功率密度高等特点,被广泛应用在电动汽车、风能发电、光伏发电等新能源领域。
近年来,全球半导体功率器件的制造环节以较快速度向我国转移。目前,我国已经成为全球最重要的半导体功率器件封测基地。如:
IDM类(吉林华微电子、华润微电子、杭州士兰微电子、比亚迪股份、株洲中车时代半导体、扬州扬杰等);
模块类(嘉兴斯达、南京银茂、中车永电、西安卫光、湖北台基、宁波达新等);
设计类(青岛佳恩、无锡紫光、上海陆芯、浙江天毅、深圳芯能、成都森未等);
代工类(上海华虹、芜湖启迪、深圳方正微、中芯集成电路等)。
目前常用的碳化硅功率半导体器件主要包括:碳化SBD(schottkybarrierdiode,肖特基二极管)与碳化硅MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,金属氧化物半导体场效应管)。其中碳化硅MOSFET器件属于单级器件,开通关断速度较快,对栅极可靠性提出了更高的要求,而由于碳化硅材料的物理特性,导致栅级结构中的栅氧层缺陷数量较多,致使碳化硅MOSFET器件栅极早期失效率相比硅MOSFET器件较高,限制了其商业化发展。为提高碳化硅mosfet器件栅级工作寿命,需要对碳化硅功率半导体器件进行基于栅极的测试,在将碳化硅功率半导体器件寿命较低的器件筛选出来,提高碳化硅功率半导体器件的使用寿命。
SiC功率器件的电学性能测试主要包括静态、动态、可靠性、极限能力测试等,其中:
(1)静态测试:通过测试能够直观反映 SiC 器件的电学基本性能,可简单评估器件的性能优劣。各种静态参数为使用者可靠选择器件提供了非常直观的参考依据、同时在功率器件检测维修中发挥了至关重要的作用。
(2)动态测试:主要测试 SiC 器件在开通关断过程中的性能。通常我们希望的功率半导体器件的开关速度尽可能得高、开关过程段、损耗小。但是在实际应用中,影响开关特性的参数有很多,如续流二极管的反向恢复参数,栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容、栅极电荷的存在,所以针对于此类参数的测试,变得尤为重要。开关特性决定装置的开关损耗、功率密度、器件应力以及电磁兼容性。直接影响变换器的性能。因此准确的测量功率半导体器件的开关性能具有极其重要的意义。
(3)可靠性测试:考量 SiC 器件是否达到应用标准,是商业化应用的关键。半导体功率器件厂家在产品定型前都会做一系列的可靠性试验,以确保产品的长期耐久性能。
(4)极限能力测试:如浪涌电流测试,雪崩能量测试浪涌电流是指电源接通瞬间或是在电路出现异常情况下产生的远大于稳态电流的峰值电流或过载电流。雪崩耐量即向半导体的接合部施加较大的反向衰减偏压时,电场衰减电流的流动会引起雪崩衰减,此时元件可吸收的能量称为雪崩耐量。推荐ENX2020A雪崩能量测试系统,能够准确快速的测试出SiC·二极管、SiC·MOSFET等半导体器件的雪崩耐量。
基于此,2023国际碳材料大会暨产业展览会——<碳化硅半导体论坛>诚挚邀请了泰科天润的高远先生,为大家揭秘碳化硅功率器件全流程测试的发展现状及挑战!
嘉宾介绍:高远 泰科天润半导体(北京)有限公司 应用测试中心总监
介绍:现任泰科天润应用测试中心总监。中国电工技术学会电力电子专业委员会委员及青年工程师工作组委员,第三代半导体产业技术创新战略联盟产业导师,泰克科技电源功率器件领域外部专家。
主要从事功率半导体器件的特性测试、评估及应用的关键技术研究工作,致力于推进功率半导体器件教育在高等学校普及和推广先进功率器件在工业界应用。发表学术论文8篇,授权专利4项,出版专著《碳化硅功率器件:特性、测试和应用技术》,收录于机械工业出版社“电力电子新技术系列图书”和“半导体与集成电路关键技术丛书”,并列入“十四五”国家重点出版物。
演讲题目:碳化硅功率器件测试:从研发到量产,从晶圆到应用
摘要:碳化硅器件以其优异的特性成为半导体界的当红明星,并获得广泛的应用。为了确保其满足终端应用的要求、具有优良的品质,测试在其中发挥着重要的作用。测试贯穿了碳化硅器件从研发到量产的整个生产流程,形态包含了晶圆、单管、模块、系统应用,测试内容包含特性测试、可靠性测试、老化测试等。本报告将全面介绍碳化硅器件各环节测试的发展现状和相关技术挑战,并从碳化硅器件的特殊性出发,对未来发展方向进行了讨论。
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