在充電樁、車載充電機（OBC）、汽車空調、光伏逆變器及逆變焊機等應用中，部分國產碳化硅（SiC）MOSFET因柵氧可靠性問題頻繁爆雷，其根源在于柵氧化層（SiO?）的長期穩定性不足。以下結合具體應用場景，分析HTGB（高溫柵偏）實驗的局限性，以及為何必須通過TDDB（時間相關介質擊穿）方法檢驗國產SiC MOSFET的柵氧可靠性水平。

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一、應用場景中柵氧可靠性的實踐問題

充電樁與OBC，汽車空調
國產SiC MOSFET在長期高溫、高頻開關工況下，因柵氧減薄（如低于40nm）導致電場強度超標（>4 MV/cm），加速TDDB失效。部分器件TDDB壽命僅103-10?小時（約1-1.14年），遠低于國際頭部玩家的10?-10?小時。實際應用中，充電樁電源模塊在1-2年內失效率顯著上升，車載OBC甚至出現批量故障，失效分析顯示界面態密度高、局部電場畸變是主因。

光伏逆變器
需在戶外運行25年以上，但國產器件因柵氧工藝不均或界面缺陷，在動態溫度循環和高壓應力下易發生閾值電壓漂移（Vth shift），導致發電效率下降或系統崩潰。

逆變焊機與工業電源
高功率密度設計導致局部過熱，劣質柵氧在高電場下迅速退化，引發早期擊穿或漏電流激增，造成設備停機或退貨風險。

二、HTGB實驗的局限性

HTGB實驗（高溫柵偏測試）是驗證柵氧穩定性的常規手段，但其設計存在以下不足，無法全面評估國產SiC MOSFET的可靠性：

測試條件與真實場景的偏差

靜態應力：HTGB通常在恒定高溫（如175°C）和固定柵壓下進行（如+22V），但實際應用中的動態工況（如頻繁啟停、電壓尖峰）未被覆蓋。例如，車載OBC和汽車空調的瞬態過壓可能使局部電場強度遠超HTGB測試值。

時間不足：標準HTGB測試周期為1000小時，而光伏逆變器等場景需25年壽命驗證，HTGB無法模擬長期累積的缺陷演化過程。

參數覆蓋不全

僅關注閾值漂移：HTGB主要監測閾值電壓（Vth）和柵極漏電流，但無法捕捉柵氧化層微觀缺陷（如碳殘留、氧空位）導致的局部擊穿風險。

忽略電場敏感性：HTGB未量化柵氧對電場的敏感度（如γ值），而國產器件因工藝缺陷常表現出更高的γ值，加速高電場下的退化。

數據透明度問題
部分廠商通過降低測試電壓（如從22V降至19V）或縮短測試時間“擦邊”通過HTGB認證，掩蓋工藝缺陷。某國產SiC碳化硅MOSFET器件在19V HTGB條件不到1000小時即失效，但標稱通過AEC-Q101認證。

三、TDDB方法的必要性

TDDB通過加速老化實驗模擬長期電場應力，結合統計模型量化柵氧壽命，是檢驗國產SiC MOSFET可靠性的核心手段，原因如下：

電場加速模型貼合實際失效機理
TDDB通過施加高于額定值的電場（如35V）加速柵氧退化，利用E模型（TTF∝exp(-γE)）預測實際壽命。部分國產SiC 碳化MOSFET器件在相同電場下失效時間可能縮短數十倍，直接暴露工藝缺陷。

全面評估工藝一致性

Weibull分布分析：TDDB數據通過形狀參數β反映失效分布的離散性。國產器件β值常較低，表明工藝波動大，早期失效風險高49。

壽命預測：特征壽命η值可直接映射實際工況下的壽命。例如，若η值對應壽命<25年（光伏需求），則器件不達標。

揭示動態應力影響
TDDB結合溫度-電場協同加速測試，可模擬動態工況對柵氧的協同損傷，而HTGB僅針對靜態高溫場景。

推動工藝改進
TDDB失效分析（如SEM/TEM定位擊穿點）可指導優化柵氧工藝。采用工藝優化降低界面態密度，提升國產器件的電場耐受能力。

四、從HTGB到TDDB的行業升級路徑

標準強制化：推動TDDB測試納入車規認證（如AEC-Q101），要求廠商公開Weibull分布和γ值數據，杜絕“數據模糊化”亂象。

技術攻堅：通過工藝優化電場分布，平衡導通電阻與可靠性。

產業鏈協同：聯合下游客戶如光伏逆變器，充電樁電源模塊，OBC車載充電機，汽車空調電控等開展TDDB自主驗證，建立全生命周期可靠性評估體系。

國產SiC MOSFET的破局需以TDDB為核心工具，從“低價替代”轉向“高可靠賦能”，方能在新能源汽車、新能源發電等高端市場實現突圍。

審核編輯 黃宇