福特汽车：SiCMOS检测新方法，低成本、更简单

最近，国产SiC MOSFET质量问题感觉有点被“以偏概全”、过度放大了，一定程度影响了整体国产品牌的声誉，但实际上一些头部国产品牌的碳化硅器件质量管控体系还是不错，行业还是要看到和可能近些年国产碳化硅的进步，而且需要给更多的国产品牌一些成长的“时”和“机”。

客观来说，对于在怎么用好或者充分发挥SiC MOSFET的优势，全球企业都在进一步摸索和优化阶段，尤其是在检测SiC MOSFET可靠性问题方面，需要开发出更好的、更高效、更低成本的方式和方法。

前段时间，福特汽车和美国俄亥俄州立大学团队发布的文献《使用新型温度触发方法分析栅极氧化物屏蔽对 SiC 功率 MOSFET 界面陷阱密度的影响》，宣布开发出了一种新颖的温度触发阈值电压偏移 (T3VS) 方法，用于研究1200V平面栅和沟槽栅SiC MOSFET栅氧层SiC /SiO₂界面处界面态密度（D_it）。

福特汽车证明了这种方法是可行的，而且不需要详细了解SiC MOSFET器件设计或制造参数，大大降低了检测设备投入和时间成本（获取该文献请加微信：hangjiashuo999）。

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福特汽车团队认为，SiC MOSFET具有很多的优势，正在很多领域替代硅基开关器件。但是，与硅基竞品相比，SiC MOSFET器件SiC/SiO_{2界面处的界面态密度(}D_{it)几乎高出两个数量级，这会导致出现性能和可靠性问题。} 

首先，SiC MOSFET的反型沟道迁移率仍在30–50 cm2/V-s范围内，几乎比硅器件（>200 cm2/V-s）低一个数量级。 

其次，高Dit会导致阈值电压不稳定，危及SiC MOSFET器件在运行过程中的可靠性。 

第三，碳化硅衬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对栅极氧化物的可靠性造成了重大问题。这些缺陷的存在会导致栅极氧化物内局部电场和电流密度增加，导致SiC MOSFET器件过早失效。 

目前，平面栅SiC MOSFET占据市场主导地位，然而，业界越来越关注通道迁移率和短路耐受时间更好的沟槽栅SiC MOSFET器件。但是，相较之下，沟槽SiC MOSFET 的可靠性问题更大，这归因于其设计和制造工艺。 

一方面，SiC MOSFET的沟槽角落在高栅极偏置下会发生电场拥挤，导致栅极氧化物可靠性下降； 

另一方面，沟槽SiC MOSFET中的栅极氧化物是沉积的，而不是像平面SiC MOSFET那样是热生长，因此氧化物的质量也会受到影响。而栅极氧化物处理技术会影响Dit的变化。

因此，需要实施适当的筛选，以有效消除栅极氧化物质量较差的SiC MOSFET器件。 目前，业界有两种筛选技术：

一种基于高压和高温的筛选技术，该技术可以去除有缺陷的器件，同时静态特性（例如阈值电压Vth）的退化可以忽略不计。但这种方法的筛选条件受限：氧化物场（Escreen）小于9 MV/cm，筛选时间（Tscreen）为100 ms-1 s，这是了防止由于电荷捕获导致Vth发生大幅负向偏移，从而降低筛选效率。 

另一种是新的室温筛选方法，称为调整脉冲筛选 (SWAP)，该方法的的筛选条件为Escreen ≥9MV/cm，Tscreen为10秒，然后采用8MV/cm的调整脉冲（Eadj）。通过在施加Eadj脉冲的同时释放捕获的空穴，SWAP有助于恢复由于高Escreen 引起的负Vth偏移，因此这种方法可以实现更高效的器件筛选，并且无需高温。 

但是，SWAP技术的主要问题是，由于栅极氧化场高，可能会在导带边缘附近引入额外的界面态。而界面态的存在会影响 SiC MOSFET 的可靠性和性能，因此业界已经进行了多项研究，以提取能量相关的D_{it分布，尤其是靠近导带边缘的分布。} 

目前，业界采用了许多不同技术来提取D_{it分布，然而，这些技术通常表现出有限的适应性，并且通常需要极其灵敏的设备和/或复杂的测量和提取过程。} 

SWAP方法的测试流程。

福特汽车团队认为，对应他们这些汽车厂商来说，传统的D_{it提取方法很复杂，需要精密的仪器、复杂的分析，而更为重要的是，做这些分析需要SiC} MOSFET器件设计和制造相关的深度信息，而SiC MOSFET器件的购买方通常无法获得这些信息。 

为此，他们希望开发一种新的方法，只需要仅利用SiC MOSFET器件的传输特性，就能很简单地实现Dit数据的提取和分析。 

根据文献，福特汽车团队提出了一种新颖而直接的D_{it提取技术，他们将它称为温度触发阈值电压偏移(T3VS)方法，并且已经将该方法对多家碳化硅供应商的1200V平面和沟槽栅SiC MOSFET进行了进一步验证。}

碳化硅供应商及SiC MOSFET器件规格 

该团队表示，在30 K至 450 K的宽温度范围内，在恒定漏极电流为1 µA 的情况下，这种技术通过监测栅极电压随温度的变化，就能来提取非常接近导带边缘的Dit分布。此外，这种方法是可行的，无需详细了解器件设计或制造参数。 该团队还得出2个结论： 

一是使用T3VS方法的D_{it分析表明，与平面SiC MOSFET器件相比，沟槽SiC MOSFET器件的Dit明显更低，因此它在实际应用中更可靠、更高效。 通过下图可以知道，与具有沟槽SiC MOSFET器件（粉、蓝和绿曲线）相比，平面栅SiC MOSFET器件（红和黑曲线）显示出更高的Dit。因此，沟槽器件在沟道区域中表现出更高的载流子密度。} 

此外，沟槽器件非常接近导带边缘（ECS-ET) 的较低Dit（～0.05 eV），可提高通道迁移率和阈值电压稳定性，使其在实际应用中更具吸引力。 

所有供应商器件的Dit提取情况 

二是SWAP方法的采用需要谨慎。 

福特汽车团队利用这种新颖的Dit提取方法，研究了SWAP方法对平面SiC MOSFET中导带边缘附近界面态密度的影响。结果表明，SWAP 技术本质上具有侵略性，会在导带边缘附近引入新的缺陷状态。因此，在筛选优化过程中需要格外小心，以确保筛选设备在后续应用中的可靠性和可用性。 

所有SiC MOSFET器件温变时的 (a) 阈值电压和(b) ∆Vth,T情况。

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