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借助有限元分析法熱模型 碳化矽MOSFET短路一目了然

文‧D. Cavallaro/M. Pulvirenti/E. Zanetti/M. Saggio 發布日期:2019/03/11 關鍵字:碳化矽MOSFET短路熱模型失效分析閘極氧化層可靠性

本文的目的是為分析碳化矽MOSFET短路實驗(Short Circuit Tests, SCT)的行為表現。具體而言,該實驗的重點是在不同條件下進行專門的實驗室測量,並借助有限元法物理模型來證實和比較測量值,對短路行為的動態變化進行深度評估。

碳化矽(SiC)具有較佳的電學和熱學性質,使碳化矽功率元件的性能超越矽產品。在需要高開關頻率和低電能損耗的應用中,碳化矽MOSFET正在取代標準矽元件。半導體技術要再進一步發展必須解決可靠性的問題,這是因為有些應用領域對於可靠性的要求十分嚴格,例如汽車、飛機、製造業和再生能源。典型的功率轉換器及相關功率電子元件必須嚴格遵守電器安全規範,能夠在惡劣條件下保持正常運作,其穩健性(Robustness)能夠承受短路這種危險衝擊。

沒有設備能夠監測微秒級功率脈衝所引起的元件內部溫度升高。當脈衝非常短時,只能用模擬方法估算晶體結構內部和相鄰層的溫度上升。此外,溫度估算及其與已知臨界值的相關性,將能解釋實驗觀察到的失效模式。在這種情況下,模擬工具和分析方法有著重要作用,因為瞭解在極端測試條件下結構內部發生的現象,有助於強化技術本身的穩健性,進而節省研發時間。本文簡要介紹了650V、45mΩ碳化矽功率MOSFET樣品的短路實驗,以及相關的失效分析和建模策略。

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