SiC MOSFET器件以其高壓、高頻、低損耗以及高溫等優(yōu)越性能，顯著提高電力裝置的效率和功率密度，是高功率電子領(lǐng)域的有力競爭者。目前已有多家半導(dǎo)體公司相繼推出商用SiC MOSFET產(chǎn)品并得到廣泛應(yīng)用，在電動汽車、光伏逆變等領(lǐng)域逐漸開始替代Si基電力電子器件。

 

9月13-14日，“2021中國（南京）功率與射頻半導(dǎo)體技術(shù)市場應(yīng)用峰會（CASICON 2021）”在南京召開。本屆峰會由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主辦，并得到了南京大學(xué)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的指導(dǎo)。

 

會上，電子科技大學(xué)教授鄧小川帶來了“極端應(yīng)力下碳化硅功率MOSFET的動態(tài)可靠性研究”的主題報告，從SiC MOSFET器件的可靠性評估方法、短路特性、非鉗位感性負載開關(guān)(UIS)特性、浪涌電流特性等角度分享了最新研究進展。

 

報告指出，雖然國際上SiC MOSFET器件的發(fā)展已經(jīng)取得了階段性進展，但SiC和Si材料和器件結(jié)構(gòu)之間的明顯差異對SiC MOSFET器件極端應(yīng)力下的動態(tài)可靠性提出了挑戰(zhàn)，已成為功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的研究熱點之一，其中具有代表性的動態(tài)可靠性即為非鉗位感性負載開關(guān)（UIS，Unclamped Inductive Switching）特性、短路（SC，Short Circuit）特性和浪涌電流（Surge Current）特性。

報告針對SiC MOSFET器件面臨的極端應(yīng)力下的動態(tài)魯棒性問題，調(diào)研和評估了現(xiàn)階段SiC MOSFET器件的失效模式和失效機理，包括單次可承受的最大應(yīng)力以及多次重復(fù)應(yīng)力后的器件參數(shù)退化程度，并且總結(jié)對比了目前已有研究中改善器件動態(tài)可靠性的結(jié)構(gòu)和方案。同時，通過自主搭建的動態(tài)可靠性測試平臺研究了SiC MOSFET器件短路特性、UIS特性和浪涌電流特性，研究對象涵蓋了目前主流SiC MOSFET器件結(jié)構(gòu)，包括平面柵結(jié)構(gòu)（Planar Gate）、雙溝槽柵結(jié)構(gòu)（Double Trench Gate）和非對稱溝槽柵（Asymmetric Trench Gate）結(jié)構(gòu)，獲得不同結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)力下的失效能力和失效模式。通過半導(dǎo)體數(shù)值分析工具，較系統(tǒng)探討了器件動態(tài)開關(guān)過程中的物理行為和失效機制，闡明了器件失效的內(nèi)部物理機理和影響器件魯棒性的關(guān)鍵因素。基于以上研究，提出了快速預(yù)測器件短路耐量模型和改善器件短路特性的集成自調(diào)節(jié)JFET器件新結(jié)構(gòu)，對SiC MOSFET器件的設(shè)計和工程應(yīng)用起到了良好的指導(dǎo)作用。

報告指出，目前國際上SiC功率器件面臨的技術(shù)難度正在逐步降低，隨著大尺寸SiC晶圓的發(fā)展，價格最終不會成為制約的瓶頸；在混合電動汽車、電動汽車以及智能電網(wǎng)等節(jié)能減排行業(yè)的大力牽引下，SiC功率器件正在逐步邁向普及化；

 

SiC功率器件的靜態(tài)可靠性問題正在逐步解決；但是極端應(yīng)力下的器件動態(tài)可靠性（失效模式、機理及其加固結(jié)構(gòu)等）亟待深入研究。

 

 

鄧小川，一直從事寬禁帶半導(dǎo)體SiC功率器件理論模型、新結(jié)構(gòu)、器件制備與可靠性研究，主持和承擔(dān)了國家科技重大專項課題、國家自然科學(xué)基金重點/面上項目、國家重點研發(fā)計劃子課題、國家重點實驗室開放基金、國內(nèi)外校企合作課題等20余項，在半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域頂級期刊IEEE Trans. Power Electronics、IEEE Electron Device Letter、IEEE Trans. Industrial Electronics、IEEE Trans. Electron Device以及本領(lǐng)域頂級會議ISPSD、ICSCRM等國際學(xué)術(shù)會議上發(fā)表論文80余篇；申請中國發(fā)明專利20余項，授權(quán)10余項，獲得北京市科技發(fā)明二等獎。