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《淺談SiC MOSFET體二極管雙極性退化問題》

機制

在雙極性運行（PN結，比如MOSFET的體二極管，在導電時）條件下，任何類型的SiC器件都可能出現雙極退化效應。這種效應主要是由SiC晶體上早先存在的基底面位錯（BPD）觸發的。在雙極運行期間，電子與空穴的復合所釋放出的能量導致堆垛層錯在BPD處蔓延。該堆垛層錯將蔓延至芯片的表面，然后停止蔓延。圖22中的左圖所示的、被擴大的堆垛層錯覆蓋的區域，已經無法再導電，因此芯片的有效有源區域縮小。

圖22.SiC器件中的疊層缺陷的俯視圖和橫截面

結合潛在的物理背景因素，可以得出雙極退化是：

一種有可能發生或不發生的機制。當器件不存在BPD時（或者BPD不受復合事件影響時），將不存在雙極退化效應。

所有SiC器件都存在的一種效應。由于BPD是SiC襯底（晶圓）中的一種常見缺陷，所以任何擁有PN結的SiC器件都可能發生雙極退化，而無論器件類型是什么，生產廠家是誰。

一種飽和效應。一旦堆垛層錯蔓延至器件表面，雙極退化就會飽和。取決于通過PN結的電流和結溫等運行條件，從初始狀態到飽和的時間可以是幾分鐘到幾小時的累積雙極運行時間。

在應用中的影響

如前所述，內部擁有擴大的疊層缺陷的區域似乎表現出更大的電阻，因而流經它的電流即減小。圖23顯示了有缺陷和無缺陷的SiC器件的熱圖像（EMMI）。可以清楚地看到，擁有堆垛層錯的區域因為流經的電流很小幾乎沒有產生熱量。

圖23. 有少量缺陷（黑色小三角形，見箭頭）的和無缺陷的SiC MOSFET在導通模式下的EMMI圖。顏色表示電流密度（藍色代表密度小，紅色代表密度大），加粗黑線代表器件的無源區域。

從試驗中可以證實，雙極退化只會使SiC器件的有源區域減小，進而使得MOSFET的RDS（on）變大，體二極管的VSD變大。器件的其它基本參數（如擊穿電壓、開關行為和氧化層可靠性）未發生改變。

因此，如果碳化硅器件有少量缺陷，并且飽和后的RDS（on）或VSD增大幅度仍然位于數據表給出的范圍以內，則它在運行中不會有長期的負面影響。

CoolSiC MOSFET——消除風險的策略

英飛凌已采取專門的措施來確保其交付給客戶的產品擁有穩定的性能。已采取兩種措施來確保有可能使用體二極管的所有CoolSiC MOSFET，在發出時不存在任何導致不符合數據表規定的雙極退化。

其中包括采取優化的芯片生產工藝以抑制疊層缺陷的形成，并結合有效的驗證措施。

責任編輯：xj

原文標題：淺談SiC MOSFET體二極管雙極性退化問題

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