SiC器件概述及其热测试难点

半导体商城 2021-02-01 00:00

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以碳化硅(SiC)为代表的第三代宽禁带半导体器件，可在更高温度、更高电压、更高频率环境下正常工作，同时功耗更小，持久性和可靠性更强，将为下一代更小体积、更快速度、更低成本、更高效率的电力电子产品提供飞跃的条件。

碳化硅器件是指采用第三代半导体材料SiC制造的一种宽禁带电力电子器件，具有耐高温、高频、高效的特性。按照器件工作形式，碳化硅电力电子器件主要包括功率二极管和功率开关管。

碳化硅半导体的优异性能使得碳化硅器件与硅器件相比具有以下突出优点：

1，具有更低的导通电阻；

2，具有更高的击穿电压；

3，具有更低的结-壳热阻，使器件的温度上升更慢；

4，具有更高的极限工作温度，碳化硅的极限工作温度有望达到600℃以上，而硅器件的最大结温仅为150℃；

5，具有更强的抗辐射能力；

6，具有更高的稳定性，碳化硅器件正向和反向特性随温度变化很小；

7，具有更低的开关损耗。

目前国内多家厂商已经实现高功率碳化硅肖特基二极管和功率晶体管量产。如何来量测这些SiC器件的结-壳热阻和结温等热特性参数，成为研发人员或实验室人员必做的实验项目。Siemens MicReD T3Ster热阻测试仪可以帮助客户来准确量测这些热特性参数。通过业内独有的MicReD T3Ster瞬态热测试技术，能够精确量测SiC 器件的K系数、结温、瞬态热阻抗、结壳热阻值等热特性参数。

但是在测试这类SiC器件过程中，也会遇到一些问题。由于界面处大量晶体误差集中而包含捕获的载流子，在某些结构中，这些俘获电荷的运动会在瞬态热测试中造成加热电流和测试电流切换后几秒钟范围内引起电干扰，这会导致测试中获取器件结构信息最重要的初段时间内产生错误的瞬态热测试信号。因此瞬态热测试应在栅极电压保持不变的连接模式下进行。这使得常见的测试设置（例如MOS Diode模式设置和固定的Vds模式设置）可能不适合测试SiC器件，需要在测试中进行验证。

我们可以利用MicReD T3Ster验证过的方法来避免出现这些测试问题。如增加加热电流，增加测试电流，在测试过程中我们通过输入负的Vgs可以抑制这种时间上栅极电压变化的影响，对应SiC通常是负6V。

虽然碳化硅器件目前还存在如产量低、价格高、商业化器件种类少和缺乏高温封装等问题，但随着碳化硅器件技术研究的不断深入，相信这些问题将逐渐得到解决，更多的商用碳化硅器件将推向市场，必将大大拓展碳化硅器件的应用领域。在不久的将来，各种变换器应用领域中碳化硅功率器件将成为减小功率损耗、提高效率和功率密度的关键器件。

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