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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(jié)，比如MOSFET的體二極管，在導(dǎo)電時）條件下，任何類型的SiC器件都可能出現(xiàn)雙極退化效應(yīng)。這種效應(yīng)主要是由SiC晶體上早先存在的基底面位錯（BPD）觸發(fā)的。在雙極運行期間，電子與空穴的復(fù)合所釋放出的能量導(dǎo)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(qū)域，已經(jīng)無法再導(dǎo)電，因此芯片的有效有源區(qū)域縮小。

圖22.SiC器件中的疊層缺陷的俯視圖和橫截面

結(jié)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(fā)生或不發(fā)生的機制。當(dāng)器件不存在BPD時（或者BPD不受復(fù)合事件影響時），將不存在雙極退化效應(yīng)。

所有SiC器件都存在的一種效應(yīng)。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(jié)的SiC器件都可能發(fā)生雙極退化，而無論器件類型是什么，生產(chǎn)廠家是誰。

一種飽和效應(yīng)。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(jié)的電流和結(jié)溫等運行條件，從初始狀態(tài)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(yīng)用中的影響

如前所述，內(nèi)部擁有擴大的疊層缺陷的區(qū)域似乎表現(xiàn)出更大的電阻，因而流經(jīng)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(qū)域因為流經(jīng)的電流很小幾乎沒有產(chǎn)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(dǎo)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(qū)域。

從試驗中可以證實，雙極退化只會使SiC器件的有源區(qū)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(shù)（如擊穿電壓、開關(guān)行為和氧化層可靠性）未發(fā)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(shù)據(jù)表給出的范圍以內(nèi)，則它在運行中不會有長期的負面影響。

CoolSiC MOSFET——消除風(fēng)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(chǎn)品擁有穩(wěn)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(fā)出時不存在任何導(dǎo)致不符合數(shù)據(jù)表規(guī)定的雙極退化。

其中包括采取優(yōu)化的芯片生產(chǎn)工藝以抑制疊層缺陷的形成，并結(jié)合有效的驗證措施。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：淺談SiC MOSFET體二極管雙極性退化問題

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