ICS31.080

CCSL40/49

團體標準

T/CASAS046—202X（征求意見稿）

碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管

（SiCMOSFET）動態(tài)柵偏試驗方法

Dynamicgatestresstestmethodforsiliconcarbidemetal-oxide-

semiconductorfield-effect-transistor（SiCMOSFET）

（征求意見稿）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布

T/CASAS046—202X（征求意見稿）

引言

碳化硅(SiC)基功率金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)具有擊穿電壓高、導通電流大、開

關速度快、功率損耗小、高溫穩(wěn)定性好、驅動簡單等優(yōu)點，被認為是最具前景的功率半導體器件之一，

它具有能夠大幅提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)的功率密度、效率、高溫工作能力以及抗輻射的能力，與此同時還降

低了系統(tǒng)的體積和重量，因此在電力電子、光伏發(fā)電、新能源等領域，都具有非常廣闊的應用前景。SiC

MOSFET在各類動態(tài)過程中會出現(xiàn)各類物理變化的遲滯，從而發(fā)生由于內部結構與外電路的不匹配，或內

部各結構之間的不匹配而引發(fā)的應力疊加，或瞬態(tài)失效問題。

特別的，在SiCMOSFET開關過程中，柵極在動態(tài)電壓應力作用下會造成的電特性參數(shù)退化，其中閾

值電壓漂移是最嚴重的。在柵極應力作用下的閾值電壓漂移量產(chǎn)生的機理包含不同部分，包括由于

SiC/SiO2界面固有的界面缺陷導致的閾值電壓漂移，由于柵氧層充電造成的閾值電壓漂移，這些閾值電

壓漂移一部分在釋放應力后可恢復，一部分是永久存在的退化。SiCMOSFET的動態(tài)柵偏試驗是器件承受

重復正負變換的柵電壓，以使柵極界面及近界面缺陷發(fā)生的俘獲和/或釋放過程。當柵極電壓在快速變

換過程中，由于界面態(tài)或近界面陷阱的填充或釋放速度并不足以響應外加偏置的切換速度，導致局部電

場增強。氧化層在這個過程中會承受高于外加柵偏電壓的應力，從而使得閾值電壓相較于靜態(tài)偏壓漂移

更大。柵氧層中由于電子和空穴的復合所產(chǎn)生的能量，也會破壞其附近的鍵合，導致缺陷的引入。動態(tài)

柵偏試驗造成的器件柵極可靠性問題是多種失效機理的復合，其中偏置應力與所施加偏置條件的高低

電平值、頻率、占空比、切換速度等參數(shù)有很大關系，從而影響了偏置試驗的閾值電壓的漂移。因此，

在規(guī)定應力條件下進行閾值電壓漂移程度的測試，是評估器件在實際應用中柵極可靠性的重要手段。

現(xiàn)有的SiCMOSFET動態(tài)柵偏試驗方法并未完全從傳統(tǒng)恒定應力可靠性試驗方法中分離，在試驗條

件、方法以及參數(shù)等重要細節(jié)內容沒有具體規(guī)范，從而影響對SiCMOSFET器件柵極可靠性的評估，本文

件給出了適用于SiCMOSFET器件的動態(tài)柵偏試驗方法。

III

T/CASAS046—202X（征求意見稿）

碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管（SiCMOSFET）動態(tài)柵偏試

驗方法

1范圍

本文件描述了碳化硅金屬氧化物半導體場效應晶體管（SiCMOSFET）的動態(tài)反偏(DRB)試驗方法，

用于評估高dV/dt對內部結構快速充電導致的老化。

本文件適用于芯片級和模塊級SiCMOSFET。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T4586-1994半導體器件分立器件第8部分：場效應晶體管

3術語和定義

GB/T4586界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

動態(tài)反偏dynamicreversebieas

DRB

漏源電壓快速開通和關斷偏置。

漏源電壓上升速率risingrateofdrain-sourcevoltage

dVDSdt

漏源電壓上升沿的變化速率。

?

開態(tài)柵極電壓on-stategatesourcevoltage

VGS.ON

器件導通的柵極電壓。

關態(tài)柵極電壓off-sategatesourcevoltage

VGS.OFF

器件關斷的柵極電壓。

最大柵極電壓maximumgatesourcevoltage

VGS.MAX

器件可承受的最大柵極電壓。

推薦最小柵極電壓recommenedminimumgatesourcevoltage

VGS.min.recom

1

T/CASAS046—202X（征求意見稿）

器件推薦的最小柵極電壓，應保證器件關斷。

4試驗電路

動態(tài)反偏試驗可采用兩種方式：被動模式或主動模式，試驗電路圖分別如圖1和圖2所示。VGS電壓

源是在樣品上施加柵源電壓的源，VDS電壓源是在樣品上施加漏源電壓的源。被動模式漏源極電壓重復

快速開通和關斷，柵極電壓保持不變。主動模式漏源電壓和柵源電壓均重復開通和關斷，圖2中DUT1為

被測器件，DUT2為陪測器件。

D

G

VDS

S

VGS

圖1動態(tài)反偏試驗電路（被動模式）

D

DUT2

G

S

D

DUT1

G

VDS

S

VGS

圖2動態(tài)反偏試驗電路（主動模式）

5試驗程序

試驗流程

該試驗方法通過對樣品施加動態(tài)反偏電壓應力來評估器件的退化，試驗流程圖如圖3所示。

2

T/CASAS046—202X（征求意見稿）

開始

選擇樣品

測量初始值

施加動態(tài)反偏應力中間測量

（實時監(jiān)測漏電流）

撤除動態(tài)反偏應力是否達到測試時間？

終點測量

注1：中間測量不是必須的；

注2：可以在常溫下進行試驗。

圖3試驗流程圖

樣品選擇

選擇樣品并將樣品放置到試驗儀器中。

初始值測量

測量樣品的初始電參數(shù)，包括但不限于漏源漏電流IDSS、柵源漏電流IGSS、閾值電壓VGS(th)、擊穿電

壓VBR、漏源極導通電阻RDS(on)、體二極管正向壓降VF。

試驗條件

推薦按照表1的試驗條件進行動態(tài)反偏試驗，根據(jù)產(chǎn)品的要求，其他試驗條件是可以接受的，可根

據(jù)實際應用條件或最佳實踐進行調整，需在產(chǎn)品的詳細規(guī)范中指明試驗條件。

表1動態(tài)反偏試驗條件

試驗條件參數(shù)試驗要求

試驗時間（t）t≥1000h

試驗溫度（Tc）25℃

漏源電壓(VDS)VDS≥0.8VDS.max

dVDSdt≥50V/ns

開關頻率(f)f≥25kHz

?

方法1：被動模式：保持恒定，VGS=VGS.min.recom

柵源電壓(VGS)方法2：主動模式：開關切換，VGS.off=VGS.min.recom，

VGS.on=VGS.max

注1：最大過沖不大于15%VDS.max。

注2：柵極開關切換條件下需關注動態(tài)柵應力的影響。

注3：建議試驗過程實時監(jiān)測漏源漏電流的變化。

應力波形

在樣品上施加電壓和溫度應力。圖4和圖5分別顯示了被動模式和主動模式條件下的VGS和VDS電壓

應力波形。被動模式下柵源極電壓始終保持使器件關斷的推薦最小負柵壓，主動模式下柵源極電壓在推

3

T/CASAS046—202X（征求意見稿）

薦最小負柵壓與最大柵壓之間切換。漏源極電壓變化速率應不小于50V/ns（10%VDS~90%VDS的平均變

化速率），柵源極電壓變化速率應不小于1V/ns（10%VGS~90%VGS的平均變化速率）。主動模式可在沒

有負載電流IL的情況下進行，若存在負載電流需考慮器件自熱。圖6為VDS過沖電壓波形圖，VDS向上和

向下的最大過沖均不大于15%VDS.max

圖4被動模式下VGS和VDS電壓應力波形圖

圖5主動模式下VGS和VDS電壓應力波形圖

圖6VDS過沖電壓波形圖

4

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中間測量或終點測量

中間測量或終點測量包括但不限于漏源漏電流IGSS、柵源漏電流IGSS、閾值電壓VGS(th)、擊穿電壓

VBR、漏源極導通電阻RDS(on)、體二極管正向壓降V。測試應按照產(chǎn)品的詳細規(guī)范進行。中間測量或終

點測量應在器件從規(guī)定試驗條件下移出后的96h內完成，閾值電壓????VGS(th)應在移出后的10h內完成，測

試方法參考JEP183。如果中間測量或終點測量不能在規(guī)定的時間內完成，那么在完成試驗后測量前，器

件至少應追加24h相同條件的試驗。

6失效判據(jù)

失效判據(jù)應包括但不限于表2所示的參數(shù)，除閾值電壓外其他參數(shù)的測試方法依據(jù)GB/T4586，測試

條件按照產(chǎn)品規(guī)范測試常溫下的參數(shù)變化。

表2動態(tài)反偏失效判據(jù)

失效判據(jù)

參數(shù)符號

（相對于初始值的變化率）

漏-源極導通電壓RDS(on)20%（主動模式）；5%（被動模式）

體二極管正向壓降V5%

擊穿電壓小于規(guī)范值

VBR????

閾值電壓VGS(th)20%（主動模式）；5%（被動模式）

漏源漏電流IDSS500%；若初始值<10nA，則試驗后不超過50nA

柵源漏電流IGSS500%；若初始值<10nA，則試驗后不超過50nA

7試驗報告

應提供一份試驗報告，其中包括：

——樣品名稱；

——試驗偏置條件；

——試驗溫度；

——試驗電壓；

——試驗時間；

——VGS(th)測量前預處理脈沖條件；

——試驗前后電參數(shù)變化。

5

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A

A

附錄A

（資料性）

SiCMOSFET動態(tài)反偏試驗記錄表

A.1SiCMOSFET動態(tài)反偏試驗記錄表

測試記錄表如圖A.1。

表A.1動態(tài)反偏試驗記錄表示例

產(chǎn)品名稱型號規(guī)格

試驗項目環(huán)境溫度

型號：

試驗設備計量有效期

編號：

試驗依據(jù)樣品

標準條款數(shù)量

□被動模式VGS=

選

□主動模式VGS.off=VGS.on=

試驗時間t（h）

試驗溫度（℃）

????????

漏源電壓VDS(V)

試驗條件及技術

上升沿：下降沿：

要求dVDSdt

???????????????????????????

dVGSdt（主動模式）上升沿：下降沿：

開關頻率?f(kHz)??????????????????????????

占空比

過沖上沖：%VDS.max下沖：%VDS.max

閾值電壓測試條件預處理脈沖電壓：V預處理脈沖時間：ms

測試結果

樣品編號

DS(on)(mΩ)V(V)VBR(V)VGS(th)(V)IDSS(nA)IGSS(nA)

????

1????

2