ICS31.080CCSL40/49T/CASAS046—2024碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管試驗(yàn)方法Dynamicreversebias（DRB）testmethodforsiliconcarbidemetal-oxidesemiconductorfiledeffecttransistors（SiCMOSFET）2024-11-19發(fā)布2024-11-19實(shí)施第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布ⅠT/CASAS046—2024前言 Ⅲ引言 Ⅳ 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4試驗(yàn)電路 5試驗(yàn)方法 5.1試驗(yàn)流程 25.2樣品選擇 35.3初始值測(cè)量 5.4試驗(yàn)條件 35.5應(yīng)力波形 45.6中間測(cè)量或終點(diǎn)測(cè)量 56失效判據(jù) 7試驗(yàn)報(bào)告 附錄A（資料性）SiCMOSFET動(dòng)態(tài)反偏試驗(yàn)記錄表 6參考文獻(xiàn) T/CASAS046—2024Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟提出并歸口。本文件起草單位：工業(yè)和信息化部電子第五研究所、忱芯科技（上海）有限公司、中國(guó)科學(xué)院電工研究所、比亞迪半導(dǎo)體股份有限公司、清純半導(dǎo)體（寧波）有限公司、復(fù)旦大學(xué)寧波研究院、東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司、湖北九峰山實(shí)驗(yàn)室、深圳市禾望電氣股份有限公司、杭州芯邁半導(dǎo)體技術(shù)有限公司、中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司、中國(guó)第一汽車集團(tuán)有限公司、廣電計(jì)量檢測(cè)集團(tuán)股份有限公司、西安交通大學(xué)、深圳平湖實(shí)驗(yàn)室、江蘇第三代半導(dǎo)體研究院有限公司、廣東省東莞市質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心、北京第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。ⅣT/CASAS046—2024引言碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）具有阻斷電壓高、工作頻率高、耐高溫能力強(qiáng)、通態(tài)電阻低和開關(guān)損耗小等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高頻、高壓功率系統(tǒng)中。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域如航天、航空、石油勘探、核能、通信等，迫切需要能夠在髙溫、高頻等極端環(huán)境下工作的電子器件。由于SiCMOSFET在功率變換中常面臨高壓、高頻、高溫等復(fù)雜應(yīng)力條件，其終端充放電效應(yīng)，在開關(guān)性能明顯優(yōu)于Si器件的SiC器件中更為突出，為了驗(yàn)證終端的可靠性不會(huì)因器件導(dǎo)通和關(guān)斷引起的電場(chǎng)強(qiáng)度持續(xù)變化而受到影響，有必要對(duì)SiCMOSFET在開關(guān)動(dòng)態(tài)情況下的反偏可靠性進(jìn)行評(píng)估。本文件給出了適用于SiCMOSFET器件的動(dòng)態(tài)反偏（DRB）試驗(yàn)方法。T/CASAS046—20241碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）動(dòng)態(tài)反偏（DRB）試驗(yàn)方法本文件描述了碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiCMOSFET）的動(dòng)態(tài)反偏（DRB）試驗(yàn)方法。本文件適用于單管級(jí)和模塊級(jí)SiCMOSFET用于評(píng)估高dV/dt對(duì)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)快速充電導(dǎo)致的老化。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(duì)應(yīng)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(dǎo)體器件分立器件第8部分：場(chǎng)效應(yīng)晶體管3術(shù)語和定義GB/T4586—1994界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。動(dòng)態(tài)反偏dynamicreversebias；DRB漏源電壓快速開通和關(guān)斷偏置。漏源電壓上升速率rateofchangeofdrain-sourcevoltagedVDS/dt漏源電壓上升沿的變化速率。開態(tài)柵極電壓on-stategate-sourcevoltage器件導(dǎo)通的柵極電壓。3.4關(guān)態(tài)柵極電壓off-sategate-sourcevoltage器件關(guān)斷的柵極電壓。最大柵極電壓maximumgate-sourcevoltage2T/CASAS046—2024器件可承受的最大柵極電壓。推薦最小柵極電壓recommendedminimum-gatesourcevoltage器件推薦的最小柵極電壓，應(yīng)保證器件關(guān)斷。4試驗(yàn)電路動(dòng)態(tài)反偏試驗(yàn)可采用兩種方式：被動(dòng)模式或主動(dòng)模式，試驗(yàn)電路圖分別如圖1和圖2所示。VGS電壓源是在樣品上施加?xùn)旁措妷旱脑?，VDS電壓源是在樣品上施加漏源電壓的源。被動(dòng)模式下漏源極電壓重復(fù)快速開通和關(guān)斷，柵極電壓保持不變。主動(dòng)模式下，DUT1為被測(cè)器件，DUT2作為陪測(cè)器件，DUT1和DUT2的漏源電壓和柵源電壓交替開通和關(guān)斷。圖1動(dòng)態(tài)反偏試驗(yàn)電路（被動(dòng)模式）圖2動(dòng)態(tài)反偏試驗(yàn)電路（主動(dòng)模式）5試驗(yàn)方法5.1試驗(yàn)流程該試驗(yàn)方法通過對(duì)樣品施加動(dòng)態(tài)反偏電壓應(yīng)力來評(píng)估器件的退化，試驗(yàn)流程圖如圖3所示。3T/CASAS046—2024(實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)漏電流)注1：中間測(cè)量不是必須的。注2：可以在常溫下進(jìn)行試驗(yàn)。否圖3試驗(yàn)流程圖5.2樣品選擇選擇樣品并將樣品放置到試驗(yàn)儀器中。5.3初始值測(cè)量測(cè)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(dǎo)通電阻RDS(on)、體二極管正向壓降VF。5.4試驗(yàn)條件推薦按照表1的試驗(yàn)條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)反偏試驗(yàn)，根據(jù)產(chǎn)品的要求，其他試驗(yàn)條件是可以接受的，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件或最佳實(shí)踐進(jìn)行調(diào)整，需在產(chǎn)品的詳細(xì)規(guī)范中指明試驗(yàn)條件。表1動(dòng)態(tài)反偏試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件參數(shù)試驗(yàn)要求試驗(yàn)時(shí)間t試驗(yàn)溫度TV≥0.8VdV/dt開關(guān)頻率f方法1：被動(dòng)模式：保持恒定，V=V注1：最大過沖不大于15%V。注2：柵極開關(guān)切換條件下關(guān)注動(dòng)態(tài)柵應(yīng)力的影響。注3：建議試驗(yàn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)漏源漏電流的變化。注4：建議試驗(yàn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)代表性樣品殼溫的變化。4T/CASAS046—20245.5應(yīng)力波形在樣品上施加電壓應(yīng)力。圖4和圖5分別顯示了被動(dòng)模式和主動(dòng)模式條件下的VGS和VDS電壓應(yīng)力波形。被動(dòng)模式下柵源極電壓始終保持使器件關(guān)斷的推薦最小負(fù)柵壓，主動(dòng)模式下柵源極電壓在推薦最小負(fù)柵壓與最大柵壓之間切換。漏源極電壓變化速率應(yīng)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(yīng)不小于1V/ns（10%VGS~90%VGS的平均變化速率）。主動(dòng)模式可在沒有負(fù)載電流IL的情況下進(jìn)行，若存在負(fù)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。tt0t圖4被動(dòng)模式下VGS和VDS電壓應(yīng)力波形圖0t圖5主動(dòng)模式下VGS和VDS電壓應(yīng)力波形圖峰值≥0.8V~0.95V00t圖6VDS過沖電壓波形圖5T/CASAS046—20245.6中間測(cè)量或終點(diǎn)測(cè)量中間測(cè)量或終點(diǎn)測(cè)量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(dǎo)通電阻RDS(on)、體二極管正向壓降VF。測(cè)試應(yīng)按照產(chǎn)品的詳細(xì)規(guī)范進(jìn)行。中間測(cè)量或終點(diǎn)測(cè)量應(yīng)在器件從規(guī)定試驗(yàn)條件下移出后的96h內(nèi)完成，閾值電壓VGS(th)應(yīng)在移出后的10h內(nèi)完成，測(cè)試方法參考JEP183。如果中間測(cè)量或終點(diǎn)測(cè)量不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，那么在完成試驗(yàn)后測(cè)量前，器件至少應(yīng)追加24h相同條件的試驗(yàn)。6失效判據(jù)失效判據(jù)應(yīng)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(cè)試方法依據(jù)GB/T4586，測(cè)試條件按照產(chǎn)品規(guī)范測(cè)試常溫下的參數(shù)變化，變化范圍不超過產(chǎn)品規(guī)范的限值。表2動(dòng)態(tài)反偏失效判據(jù)參數(shù)符號(hào)失效判據(jù)（相對(duì)于初始值的變化率）漏-源極導(dǎo)通電阻R20%（主動(dòng)模式5%（被動(dòng)模式）體二極管正向壓降擊穿電壓V小于規(guī)范值閾值電壓V20%（主動(dòng)模式5%（被動(dòng)模式）漏源漏電流I500%；若初始值<10nA，則試驗(yàn)后不超過50nA柵源漏電流I500%；若初始值<10nA，則試驗(yàn)后不超過50nA7試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)提供一份試驗(yàn)報(bào)告，其中包括：a）樣品名稱、編號(hào)；b）試驗(yàn)偏置條件；c）試驗(yàn)溫度；d）試驗(yàn)電壓；e）試驗(yàn)時(shí)間；f）VGS(th)測(cè)量前預(yù)處理脈沖條件；g）試驗(yàn)前后電參數(shù)變化。SiCMOSFET動(dòng)態(tài)反偏試驗(yàn)記錄表見附錄A。6T/CASAS046—2024（資料性）SiCMOSFET動(dòng)態(tài)反偏試驗(yàn)記錄表SiCMOSFET動(dòng)態(tài)反偏試驗(yàn)記錄表見表A.1。表A.1SiCMOSFET動(dòng)態(tài)反偏試驗(yàn)記錄表示例產(chǎn)品名稱型號(hào)規(guī)格試驗(yàn)項(xiàng)目環(huán)境溫度、相對(duì)濕度試驗(yàn)設(shè)備型號(hào)：計(jì)量有效期編號(hào)：試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條款樣品數(shù)量試驗(yàn)條件及技術(shù)要求可選試驗(yàn)時(shí)間t/h試驗(yàn)溫度T/(℃)漏源電壓V/VdV/dt上升沿：V/ns下降沿：V/nsdV/dt（主動(dòng)模式）上升沿：V/ns下降沿：V/ns過沖上沖：%V下沖：%V閾值電壓測(cè)試條件預(yù)處理脈沖電壓：V預(yù)處理脈沖時(shí)間：ms樣品編號(hào)測(cè)試結(jié)果R/mΩV/VV/VV/VI/nAI/nA123…T/CASAS046—20247參考文獻(xiàn)［1］AEC-Q101Failuremechanismbasedstresstestqualificationfordiscretesemiconductorsinau-tomotiveapplications［2］AQG324Qualificationofpowermodulesforuseinpowerelectronicsconverterunitsin