T/CASAS 043-2024 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）高温反偏试验方法

以下是T/CASAS 043-2024标准《碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)高温反偏试验方法》的详细内容总结：

​​1. 范围​​

本文件规定了SiC MOSFET器件（包括分立器件和功率模块）在高温反偏（HTRB）条件下的试验方法、装置要求、失效判定及测试报告规范。适用于评估器件在高温、高电压应力下的可靠性，暴露与时间/应力相关的缺陷（如钝化层失效、界面陷阱电荷迁移等）。

​​2. 核心术语与定义​​

• ​​栅-源电压（V_{GS}）​​：栅极与源极间电压。
• ​​漏-源电压（V_{DS}）​​：漏极与源极间电压。
• ​​漏极漏电流（I_{DSS}）​​：关断状态下漏极最大泄漏电流。
• ​​阈值电压（V_{GS(th)}）​​：使漏极电流达到规定值的栅源电压（需考虑SiC特有的迟滞效应）。
• ​​结温（T_j）​​：器件发热结的温度，​​虚拟结温（T_{vj}）​​ 通过电学参数间接测量。

​​3. 试验装置要求​​

​​4.1 试验环境​​

• 温度范围：需覆盖SiC MOSFET工作温度（如25℃~300℃），波动≤±2℃，升温速率≥1℃/min。
• 电气测量：
  • 电压精度（2000V量程）：±(0.05%量程 +1)V；
  • 电流精度（1A量程）：±(0.1%量程 +1)mA；
  • 微弱电流（100nA量程）：分辨率≤10pA，精度±(0.1%量程 +0.5)nA。

​​4.2 关键设备​​

• ​​功率偏置单元​​：支持恒压/恒流模式，具备过压/过流/过温保护。
• ​​温度控制系统​​：恒温槽/热平台，实时监测 T_a（环境温度）、T_c（管壳温度）、T_s（散热器温度）。
• ​​测量系统​​：高精度源测量单元、示波器等，需定期校准。

​​4. 试验方法​​

​​5.1 目的​​

验证钝化层结构完整性、芯片边缘密封性，检测离子污染物在温度/电场下的迁移效应。

​​5.2 测试流程​​

1. ​​样品准备​​：

   • 分立器件：154个（零栅压77个，负栅压77个）；功率模块：6个（零/负栅压各3个）。
   • 去除表面污染物，采用开尔文连接法减少寄生参数影响。

2. ​​初始测试​​：

   • 记录 I_{DSS}、I_{GSS+}（正栅压漏电流）、I_{GSS-}（负栅压漏电流）、R_{DS(on)}、V_{GS(th)}、V_F（体二极管压降）、V_{BR}（击穿电压）。

3. ​​试验条件​​（表1）：

   参数	要求
   试验时间	≥1000小时
   结温 T_{vj}	器件允许的最大值
   漏源电压 V_{DS}	器件允许的最大值（V_{DS.max}）
   栅源电压 V_{GS}	0/,V 或数据手册规定的最小负压 V_{GS.min}

4. ​​试验电路​​：

   

    

   • 漏极接正偏压 V_{DS/_bias}，源极接地，栅极接 0/,V 或负压 V_{GS/_bias}。

5. ​​中间测试​​：实时监测 I_{DSS}。

6. ​​冷却要求​​：

   • 去偏置前需冷却至≤55℃；
   • 若需移动器件，偏置中断≤1分钟。

7. ​​最终测试​​：

   • 去偏置后96小时内完成电参数复测，超时需补加应力（表2）。

​​5. 失效判定（表3）​​

器件出现以下任一情况即判定失效：

注：非样品因素（如操作失误）导致的失效需记录分析并重测。

​​6. 测试报告要求​​

报告需包含：

• 样品信息（名称、数量、封装形式）；
• 试验条件（温度、偏置电压、时间）；
• 实时监测的 I_{DSS} 数据；
• 试验前后电参数对比（I_{DSS}、I_{GSS}、R_{DS(on)}等）；
• 失效样品分析（若有）。
• ​​记录表示例​​（附录A）：包含样品编号、初始/最终参数值、失效标记等。

​​关键技术要点​​

1. ​​SiC特性适配​​：
   • 阈值电压测试需预处理以消除迟滞效应；
   • 双栅压模式（0/,V/V_{GS.min}）覆盖不同失效机制。
2. ​​温度控制​​：
   • T_{vj} 需达最大值，T_c/T_s 需在存储温度限值内（±10K）。
3. ​​监测重点​​：
   • I_{DSS} 实时监测可早期发现漏电失效；
   • 栅极负压可能加速界面陷阱电荷导致的 V_{GS(th)} 漂移。

​​参考文献​​：引用IEC 60747、AEC-Q101、JESD 22等国际标准作为技术依据。