在 PCT 期間，當 DUT 開啟時，由于電流從漏極流向源極，DUT 溫度會升高(圖 1a)。當 DUT 關閉時，通過從源極到漏極的感測電流測量體二極管壓降。通過應用圖 1b 中所示的 V SD -T 校準曲線，可以在知道體二極管壓降的情況下估算結溫 T J 。

(a) PCT 程序 - (b) VSD-T 校準曲線。

圖 1：(a) PCT 程序 – (b) V SD -T 校準曲線

根據文獻 [5]，在測量階段應使用負柵極電壓。通常情況下，感測電流小于 200 mA，這可以防止在溫度測量階段自熱，也可以擺脫封裝相關劣化的影響。

調查中使用的設備

為了完成對 PCT 相關體二極管可靠性的比較研究，選擇了不同的商用 SiC MOSFET(見表 I)。將進行靜態和動態表征以查詢體二極管特性。 DUT 的關鍵參數。

表 I：DUT 的關鍵參數

在靜態表征階段，體二極管正向電壓 V SD與 T J特性的關系是通過曲線跟蹤器和帶有氣壓熱流的氣候室確定的，施加負柵極電壓 V GS = -5V。

對于靜態 I D -V SD測量，將溫度傳感器放置在與 DUT 接觸的位置以測量確切的外殼溫度，該溫度以 15°C 的間隔從 25°C 逐漸變化到 130°C。由于 MOSFET 的 V SD的反向壓降與溫度有關，并且在低電流 (200mA) 和高電流 (800mA) 下都表現出很強的線性，圖 2 和圖 3 表明該壓降是TJ測量的良好候選者。 所有供應商在 200 mA 時的 VSD-T 曲線。

圖 2：所有供應商在 200 mA 時的V SD -T 曲線 所有供應商的 VSD-T 曲線均為 800 mA。

圖 3：所有供應商在 800 mA 時的V SD -T 曲線

為了測量開關參數和評估DUT的動態行為，使用了雙脈沖測試方法。設置如圖 4 所示。三個 IsoVu 探頭用于使用平面分布式分流方法測量 V GS、V DS和 I DS 。 雙脈沖測試裝置。

圖 4：雙脈沖測試設置

通過該測試，可以測量反向恢復時間 (trr) 和峰值反向恢復電流 (Irrm) 等動態特性。這些參數是在限制帶寬 200 MHz 時測得的，如圖 5 所示。 開啟時的 ID 波形。

圖 5：開啟時的I D波形

測試條件

為了檢驗 SiC MOSFET 在功率循環測試下的可靠性，對每個 DUT 的體二極管進行了壓力測試。為防止亞閾值效應，保證MOS通道完全夾斷，測試時采用了-5V的柵源電壓。每個制造商的總共三個 DUT 在以下測試條件下測試約 50 小時：

I SD1 =200mA，外殼溫度=130°C

I SD2 =800mA，外殼溫度=130°C I SD3 =2A，外殼溫度=130°C

圖 6 顯示了每次測試的結果。如圖所示，來自不同制造商的 DUT 表現出不同的行為。正向壓降 V SD在壓力測試后有所增加，同時振蕩也表現出輕微的偏移。

不同負載電流下的壓力測試結果。

圖6：不同負載電流下的壓力測試結果

以上結果表明，在相同的測試條件下，平面SiC MOSFET體二極管的浪涌可靠性優于溝槽SiC MOSFET體二極管。

圖7和圖8分別為Rohm和Infineon DUT測試前后的V SD -T校準曲線。對于英飛凌的 DUT，在 2A 應力和 800mA 感應電流的情況下，Tj 差異可高達約 18°C，而在 200mA 應力和 200mA 感應電流的情況下，Tj 差異可低至約 3°C。對于 Rohm 的 DUT，只有 DUT3 的 V SD -T 曲線顯示出明顯的偏移，Tj 差異約為 10°C。由于這種影響，溫度估計會產生錯誤的結果，從而提供不準確的壽命估計。 Rohm 的 DUT 在壓力測試前后的 VSD-T 曲線。

圖 7：Rohm 的 DUT 在壓力測試前后的V SD -T 曲線 壓力測試前后英飛凌 DUT 的 VSD-T 曲線。

圖 8：壓力測試前后英飛凌 DUT 的V SD -T 曲線

對 Rohm、Infineon 和 STMicroelectronics 的 DUT 進行了 2A 應力的雙脈沖測試。根據圖 6，這三個 DUT 在 2A 應力的情況下顯示 VSD 顯著增加。對于所有 DUT，反向恢復峰值和總反向恢復電荷在 2A 應力后顯著降低。

低側開關的導通電流波形如圖 9 所示。很明顯，在 2A 的壓力下，所有 DUT 的反向恢復峰值和總體反向恢復電荷都低得多。 2A 壓力測試前后體二極管的反向恢復。

圖 9：2A 壓力測試前后體二極管的反向恢復

結論

當 DUT 的體二極管開始退化時，電壓降 V SD總是可以被認為是退化指示，因為它顯示上升趨勢。

但是，長期的壓力和高溫可能會導致 V SD -T 校準曲線上升。在體二極管正向應力測試下，對來自六家不同制造商的商用 1200 V SiC MOSFET(其中兩家采用溝槽柵極結構，四種采用平面柵極結構)進行了檢查。實驗結果表明，隨著 V SD的增加和反向恢復電流峰值的降低，雙極退化。當應用于具有柵極溝槽結構的 DUT 時，效果似乎更明顯。在相同的測試條件下，V SD -T 技術中平面 SiC MOSFET 的體二極管比溝槽 SiC MOSFET 更可靠。

審核編輯：湯梓紅