发布日期:2022-10-16 浏览次数: 8
SiC功率器件凭借其高压、、高频、、高温和高功率密度的材料特性,,,,在高效电能转换领域有巨大的市场。。其中SiC MOSFET的发展最引人关注,,,可广泛应用于电源、、、、光伏和新能源汽车等领域。。。
对MOSFET器件来说,,栅氧可靠性水平是评测器件可靠性的重要部分。。。。因此,,,SiC想要取代Si的应用,,满足工业级以及车规级的可靠性需求,,,,对SiC功率器件栅氧可靠性的探究是必不可少的。。与Si材料相比,,,SiC材料具有更大的禁带宽度,,因此2种材料的栅氧界面性质也有所不同,,失效机制和检测方法也会不同。。。。
TDDB(time-dependent dielectric breakdown)作为一种评测栅氧可靠性的实验方法,,可以检测&评价MOSFET的栅氧质量,,,同时基于实验数据还可以建立栅氧使用寿命预测模型、、、栅氧不良品筛选模型等,,,满足器件的可靠性要求。。
SiC MOSFET栅氧失效机理
对当前市面上满足高压应用的SiC功率器件来说,,栅氧厚度普遍大于5nm,,,,因此失效时不存在所谓的软击穿现象,,为硬击穿。。
其中,,硬击穿的失效机理可分为内在失效(intrinsic failure)和外在失效(extrinsic failure)。。。
内在失效是由于固有缺陷导致的,,即不存在任何外在缺陷,,栅氧质量水平取决于材料本身(SiC/SiO2界面);外在失效是由非固有缺陷造成的,,,可理解为在SiC/SiO2界面处或SiO2内部,,由于微观瑕疵或缺陷引起的失效。。
关于器件早期的失效原因是内在失效还是外在失效,,,一直饱受争论。。。
关于内在失效的机理,,,存在部分猜想:
1) 早期失效是栅氧的内在失效造成的,,,是由于SiC/SiO2界面存在较大的Fowler-Nordheim隧穿电流。。
对于相同电场,,,SiC MOSFET中的Fowler-Nordheim隧穿电流要比Si MOSFET高得多,,,因为SiC和SiO2之间的导带偏移小于Si和SiO2之间的导带偏移。。。
如图所示,,,,在Si-SiO2界面中,,导带偏移为3.2eV,,,,而4H-SiC的导带偏移仅为2.7eV。。二者在偏移量上0.5eV的差异使得相同电场下,,,4H-SiC/SiO2界面Fowler-Nordheim隧穿电流比Si/SiO2界面相应的Fowler-Nordheim隧穿电流大1.5倍。。
然而,,,,对于栅氧厚度为几十纳米范围内的器件,,,,可以忽略这一点。。。。对SiC MOSFET来说,,,Eox<3-5MV/cm时栅极隧穿电流可以忽略不计。。因此这一猜想是不成立的。。。。
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