[发明专利]IGBT用SiC半导体微观劣化失效评估方法和系统

权利要求书

1.一种IGBT用SiC半导体微观劣化失效评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)对正向阻断状态IGBT用SiC半导体进行空间电荷测量与分析；

步骤2)基于空间电荷测量结果，提取微观电荷特性参数；

步骤3)基于微观电荷特性参数，建立表征SiC半导体劣化的劣化模型，基于劣化模型和微观电荷特性参数，评估IGBT用SiC半导体的劣化状态，并预测IGBT用SiC半导体的运行寿命。

2.根据权利要求1所述的IGBT用SiC半导体微观劣化失效评估方法，其特征在于，步骤1)中，空间电荷是基于电声脉冲法空间电荷测量系统测量得到的；

空间电荷测量完成后，基于声波在SiC半导体中的传播规律对空间电荷测量结果进行恢复处理。

3.根据权利要求1所述的IGBT用SiC半导体微观劣化失效评估方法，其特征在于，步骤1)中，空间电荷测量之后，需要对空间电荷测量结果进行验证；

验证过程为：首先建立SiC半导体空间电荷仿真模型，并基于SiC半导体空间电荷仿真模型进行仿真模拟，验证SiC半导体空间电荷的测量结果。

4.根据权利要求3所述的IGBT用SiC半导体微观劣化失效评估方法，其特征在于，建立SiC半导体空间电荷仿真模型的具体操作为：

沿电场方向对晶粒和晶界空间电荷区域进行离散化处理，并根据电场分布求解各个区域的载流子迁移速度；

根据载流子迁移速度及电场分布，结合电流密度公式求解电导电流密度与对流扩散方程。

5.根据权利要求3所述的IGBT用SiC半导体微观劣化失效评估方法，其特征在于，验证过程为：

当SiC半导体空间电荷的测量结果和仿真模拟结果一致，则认为实验结果有效；

当SiC半导体空间电荷的测量结果和仿真模拟结果存在一定偏差，则需要对SiC半导体空间电荷测量系统的相关参数进行调整；

SiC半导体空间电荷测量系统的相关参数包括脉冲宽度、压电传感器厚度。

6.根据权利要求1所述的IGBT用SiC半导体微观劣化失效评估方法，其特征在于，步骤1)中，空间电荷测量过程中，以SiC半导体中的泄露电流为基准，测量不同泄漏电流下SiC半导体的空间电荷。

7.根据权利要求1所述的IGBT用SiC半导体微观劣化失效评估方法，其特征在于，步骤2)中，微观电荷特性参数包括SiC半导体空间电荷量、电荷消散时间常数、陷阱深度分布；

通过式(1)获取SiC半导体的空间电荷量：

式(1)中，q(t,E_p)为t时刻、E_p电场下、SiC半导体的空间电荷量；d为SiC半导体厚度；r为沿着厚度方向任意一点的位置；

通过对去压状态下SiC半导体的空间电荷量进行测量，并按照式(2)进行拟合，获取空间电荷的消散时间常数：

式(2)中，Q_i(t)为空间电荷的消散时间常数；Q₀为短路瞬时空间电荷量/nC；t为短路时间/s；τ_e为时间常数/s；

通过式(3)和式(4)，获取SiC半导体中的陷阱深度分布信息：

式(3)和式(4)中，n_i为第i个能级的入陷电荷密度；k为玻尔兹曼常数；T为空间电荷测量时的温度；v＝kT/h为尝试逃逸频率；h为普朗克常数；U_i为陷阱深度；n_t(t)为t时刻入陷的电荷量。

8.根据权利要求1所述的IGBT用SiC半导体微观劣化失效评估方法，其特征在于，步骤3)中，劣化模型为Dissado劣化模型、DMM劣化模型或Lewis劣化模型。