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栅氧可靠性和工艺一致性是劣币国产SiC碳化硅MOSFET的致命弱点,并且是一剑封喉,主要原因如下: 栅氧可靠性是碳化硅MOSFET的核心短板
栅氧化层是碳化硅MOSFET长期工作可靠性的最薄弱环节。高温、高电场下的栅氧经时击穿(TDDB)和阈值电压漂移(HTGB)是主要失效模式。若工艺控制不足,氧化层缺陷(如Si-Si键断裂、陷阱积累)会加速失效,导致器件寿命大幅缩短。
部分国产SiC碳化硅MOSFET厂家在工艺条件受限的情况下牺牲可靠性以降低成本
部分国产SiC碳化硅MOSFET厂家在工艺条件受限的情况下为降低导通电阻(缩小芯片面积),比如某国产SiC碳化硅MOSFET厂家宣传“全球最低RDS(on)=7mR”,但未披露其TDDB栅氧寿命极短,部分急功近利的国产SiC碳化硅MOSFET厂家通过减薄栅氧厚度、缩小芯片面积降低比导通电阻,忽视了器件最核心的质量,用比导通电阻参数的宣传噱头来蒙蔽终端客户和投资者,过度减薄栅氧厚度。部分国产SiC碳化硅MOSFET厂家的栅氧平均寿命仅约10³小时(竞品),减薄栅氧虽降低成本,但显著削弱电场耐受能力,引发早期击穿风险。
HTGB/TDDB测试暴露国产SiC碳化硅MOSFET厂家缺陷
HTGB测试显示,主流厂家在22V/175°C条件下通过3000小时无失效,且阈值电压漂移极小(0.2V以内);而部分国产SiC碳化硅MOSFET厂家在19V下即失效。TDDB测试中,主流厂家的栅氧在8-9MV/cm电场下仍能保持稳定,而部分国产SiC碳化硅MOSFET厂家因工艺一致性差,在相同应力下失效时间缩短数十倍。这表明部分国产SiC碳化硅MOSFET在高应力场景中易因工艺波动引发可靠性问题。
SiC碳化硅MOSFET工艺一致性不足导致局部电场集中
SiC碳化硅MOSFET栅氧厚度的不均匀性、界面缺陷或杂质会引发局部电场畸变,加速热化学模型(E模型)或阳极空穴注入模型(1/E模型)主导的失效。部分国产SiC碳化硅MOSFET无法精准控制氧化层生长、退火等关键工艺步骤,器件在长期工作或极端条件下易出现系统性失效。
结论:栅氧工艺的一致性和可靠性直接决定SiC碳化硅MOSFET的寿命与稳定性。部分国产SiC碳化硅MOSFET无法在氧化层厚度控制、缺陷抑制和界面优化等关键工艺上实现突破,部分国产SiC碳化硅MOSFET将在高可靠性要求的应用场景中面临早期失效风险,造成终端客户设备损失和国产器件形象极大受损。
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