【摘 要】
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功率循环测试是评估功率半导体器件可靠性的主要方法,通过加速老化的方式,在较短的时间内激发功率半导体器件的可靠性缺陷。而碳化硅MOSFET作为最有希望替代硅基功率器件的第三代宽禁带半导体器件,具有高压、高频、高温和低损耗的优势,但其长期运行可靠性问题仍然严峻。传统的功率循环测试装置无法满足碳化硅器件的高效率和高温要求。本文以碳化硅MOSFET的长期运行可靠性提升方法为研究目标,针对满足其特殊要求的功
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功率循环测试是评估功率半导体器件可靠性的主要方法,通过加速老化的方式,在较短的时间内激发功率半导体器件的可靠性缺陷。而碳化硅MOSFET作为最有希望替代硅基功率器件的第三代宽禁带半导体器件,具有高压、高频、高温和低损耗的优势,但其长期运行可靠性问题仍然严峻。传统的功率循环测试装置无法满足碳化硅器件的高效率和高温要求。本文以碳化硅MOSFET的长期运行可靠性提升方法为研究目标,针对满足其特殊要求的功率循环测试方法,对不同封装下碳化硅MOSFET的老化特性开展了研究。首先,研究了共源极、开尔文源极、混合源极三种引线方式下并联碳化硅MOSFET的耦合机制,获得改善瞬态工况下可靠性的混合源极引线方法。分析了碳化硅MOSFET的不同源极引线方式,结合理论分析与实验结果,得出混合源极接法下瞬态电流分布更均衡。并根据工况需求如开关速度、电压过冲限制等提出了改善瞬态工况下可靠性的源极引线调控方法。其次,为了建立满足碳化硅MOSFET特殊要求的功率循环测试平台,改进了功率循环测试策略,提出了在老化过程中应力调控的加速老化方法。对多器件并行功率循环测试逻辑进行了论述,提出了单个旁路器件的多器件并联交替导通策略。并根据所提出的功率循环测试方案采用热网络法作为结温测量方法。针对TO封装器件设计了可实现导通压降、负载电流精确测量的耐高温测试夹具,搭建了具有应力灵活调控、模块化易拓展的碳化硅MOSFET功率循环测试系统。最后,开展了开尔文源极引线与共源极引线两种引线方式下碳化硅MOSFET功率循环老化实验,并进行了不同应力下的对比分析,根据实验结果得出源极引线方式对碳化硅MOSFET老化特性存在显著影响。通过对老化过程中阈值电压、不同栅压下的导通电阻以及体二极管压降、栅极泄漏电流、漏极泄漏电流等静态参数以及开关延时等动态参数的监测分析,获得了两种源极引线方式下碳化硅MOSFET的退化模式。结果表明,源极引线方式对碳化硅MOSFET老化特性存在显著影响。采用芯片侧共源极引线,外部开尔文接法的混合源极引线方式在未来的封装方式中更有优势。
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