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电力电子变换器宽禁带器件可靠性评估与寿命预测技术设计.docx
资料介绍
电力电子变换器宽禁带器件可靠性评估与寿命预测技术设计
1 引言
宽禁带器件的可靠性评估是其在电力电子变换器中广泛应用的前提，SiC MOSFET和GaN HEMT的失效机理和可靠性特性与传统Si器件有显著差异，需要针对性的评估方法和寿命模型。SiC MOSFET的栅极氧化层可靠性、体二极管退化和高温可靠性是需要重点关注的问题，GaN HEMT的栅极可靠性、动态导通电阻退化和电流崩塌效应是制约其应用的关键因素。本章将系统阐述SiC和GaN器件的可靠性评估方法、加速寿命测试技术、寿命模型以及失效分析技术，为宽禁带器件的可靠性设计提供系统指导。
2 SiC MOSFET可靠性
2.1 栅极氧化层可靠性
SiC MOSFET的栅极氧化层在高温高压下的可靠性是业界关注的焦点。时间相关介质击穿（TDDB），在长期栅极偏置下，氧化层中积累缺陷，最终导致击穿，在125°C以上的高温下，TDDB寿命显著缩短。偏置温度不稳定性（BTI），在栅极偏置和温度下，阈值电压发生漂移，在正偏置下Vth增大，在负偏置下Vth减小，BTI的幅度随温度升高而增大。SiC MOSFET栅极氧化层的可靠性评估通过HTGB测试（175°C，1000小时）和TDDB测试进行。
2.2 体二极管退化
SiC MOSFET的体二极管在长期双极型导通下会发生退化，表现为正向压降增大。体二极管退化的机理是在体二极管导通时，少数载流子注入SiC外延层，产生堆垛层错，导致体二极管的电阻增大。体二极管退化在同步整流应用中尤为突出，防止体二极管退化的措施包括使用肖特基二极管与体二极管并联，或优化死区时间减小体二极管导通时间。
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