SiC MOSFET阈值电压漂移特性的测试分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sinox2006
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碳化硅(SiC)MOSFET器件凭借开关速度快、泄漏源电流低和功率密度高等优点,被运用于新能源汽车和国防军工等高温高压大功率的工作领域中。但是,在不同偏压温度应力下,SiC MOSFET呈现出复杂的漂移特性,阈值电压(Vth)不稳定性成为阻碍SiC MOSFET被广泛应用的关键问题。现有的Vth漂移测试技术都是方法本身在不同偏压温度应力条件下的纵向对比,无法作为评价Vth不稳定性的标准测试技术。本文研究并对比了三种评价Vth不稳定性的测试技术,为更准确地测试Vth漂移特性并构建评价Vth不稳定性的标准测试技术提供了新思路。本论文参考Si体系并以文献报道的有限信息为基础,在探讨了Vth漂移的内在物理机制基础上,实现了传统电压扫描法、非弛豫法和快速脉冲法三种Vth漂移测试技术,并给出了各自的测量条件。经过对测试技术优缺点、误差和适用性的分析,建立了SiC MOSFET器件Vth漂移评价方法。研究结果表明:传统电压扫描法操作简单,但是只能捕捉到慢态陷阱造成的影响,测得的?Vth为0.01~0.03 V,测试误差较大,适用于测试对准确度要求低的非商用器件。非弛豫法在应力不中断的条件下进行测量,可同时测到快态陷阱和慢态陷阱引起的Vth漂移,在相同的偏压温度应力下,测得的?Vth为1.5~6.5 V。但是,长时间的应力作用使快态陷阱不稳定性变强,出现由载流子的隧穿行为引起的随栅压持续时间变长,?Vth不增反降的情况,这会引入较大的误差,且此方法会对器件造成不可恢复的损伤。综合考虑,非弛豫法更适用于测试使用寿命较长的长沟道器件。快速脉冲法利用脉冲边沿测试技术,提高了测试速度并避免了自热效应对器件的影响,可测到毫秒级以下解陷速率的界面和近界面陷阱的影响。在应力大小和时间小于另外两种方法的条件下,测得的?Vth为0.3~1.8 V,测试结果误差小,准确性高,可用于准确测试商用SiC MOSFET的Vth不稳定性。上述工作的创新性在于同时实现了以上三种Vth漂移特性的测试技术,并进行了横向对比,这为进一步开展SiC MOSFET阈值电压漂移抑制技术研究提供了关键测试手段。
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