[发明专利]一种加速SiC MOSFET体二极管双极退化的功率循环方法

说明书

本发明公开了一种加速SiC MOSFET体二极管双极退化的功率循环方法，首先确定合适大小的重复浪涌电流，并进行常温下和高温下功率循环的温度评估。再对SiC MOSFET分立器件一的体二极管进行常温下重复浪涌电流功率循环试验，对同型号的SiC MOSFET分立器件二的体二极管进行高温下重复浪涌电流功率循环试验，当SiC MOSFET分立器件一与器件二的体二极管老化到一定程度时，测量SiC MOSFET分立器件一、器件二的体二极管的静态特性(正向IV特性)以及动态特性(反向恢复电流波形)的退化，高温下重复浪涌电流功率循环克服了直流电流应力功率循环的局限性，控制简单，可靠性强，功率循环期间无持续的热量积累，对封装的特性无影响，可在高温环境中进行，提高了老化效率，加速了双极退化。

技术领域

本发明属于SiC功率半导体器件领域，特别涉及一种加速SiC MOSFET体二极管双极退化的功率循环方法。

背景技术

与半导体Si材料相比，宽带隙半导体SiC具有较大的带隙(3倍于Si)、较高的导热率(3倍于Si)、较高的电子饱和速度(2倍于Si)等更优异的材料特性，其耐温能力更强，适用频率更高，被广泛应于高功率密度和高转换效率的电力电子系统中。然而，SiC双极型功率器件存在双极退化问题，当SiC功率半导体器件中长时间地发生电子和空穴复合并且复合能量超过一定值时，SiC功率半导体器件发生老化，预先存在的基平面位错(BPD)扩展为堆垛层错(SF)，严重影响SiC双极型功率器件的性能，例如少子寿命减少和导通压降漂移，对SiC双极型功率器件的长期可靠性非常不利。

为研究双极退化机理，通常对SiC双极型功率器件进行常温下直流电流应力功率循环，当器件老化到一定程度，然后测量器件静态特性(导通压降、导通电阻等)以及动态特性(反向恢复电流等)的退化。该测试方法中的功率循环试验控制复杂，成本较高，需要进行实时的结温监控与较复杂的开关控制以避免热失控等因素对封装的影响，且通常在常温环境下进行，老化效率低。

发明内容

本发明对加速SiC MOSFET体二极管的双极退化，提出了一种功率循环方法，高温下重复浪涌电流功率循环克服了直流电流应力功率循环的局限性，控制简单，可靠性强，功率循环期间无持续的热量积累，避免了热失控，对封装的特性无影响，可在高温环境中进行，提高了老化效率，加速了双极退化，为研究SiC双极型功率器件在高温下的双极退化机理与SiC材料位错缺陷提供了一种新的老化手段，对SiC双极型功率器件长期可靠性的研究具有重要意义，可为SiC双极型功率器件的研制提供指导。

本发明的基本思路是确定合适大小的重复浪涌电流，并进行常温下和高温下功率循环的温度评估。对SiC MOSFET分立器件一的体二极管进行常温下重复浪涌电流功率循环试验，对同型号的SiC MOSFET分立器件二的体二极管进行高温下重复浪涌电流功率循环试验，当SiC MOSFET分立器件一与器件二的体二极管老化到一定程度时，测量SiC MOSFET分立器件一、器件二的体二极管的静态特性(正向IV特性)以及动态特性(反向恢复电流波形)的退化，对比分析实验结果，研究SiC MOSFET体二极管在高温下的双极退化机理。

本发明一种加速SiC MOSFET体二极管双极退化的功率循环方法，本发明包括以下步骤：

1)分别对同型号的SiC MOSFET分立器件一与SiC MOSFET分立器件二进行静态特性测试，测量其体二极管的正向IV特性；

2)再对上述SiC MOSFET分立器件一与SiC MOSFET分立器件二进行动态特性测试，测量其体二极管的反向恢复电流波形；

3)确定合适大小的重复浪涌电流，浪涌电流为SiC MOSFET分立器件额定电流的5—10倍，并进行常温下和高温下功率循环的温度评估，确保功率循环期间SiC MOSFET分立器件一与SiC MOSFET分立器件二的瞬时温度不超过器件最大壳温；