基于重复无钳式感应开关应力下非对称沟槽SiC功率MOSFET的退化研究 ISPSD-2021

The 33rd International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD)

标题：Degradation Investigations on Asymmetric Trench SiC Power MOSFETs Under Repetitive Unclamped Inductive Switching Stress

阅读日期：2023.6.21

研究了什么

该文章研究了非对称沟槽硅碳化物（SiC）功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）在重复无钳式感应开关（UIS）应力下的退化现象和机制。研究调查了主要的退化机制，即在沟槽角落处注入热电子到栅氧化层中。研究监测了器件的静态和动态参数，发现在经历了300k的UIS应力周期后，阈值电压（Vth）减少近1V，而栅漏电容（Cgd）严重增加46.2％，导致开关特性的退化。研究还调查了电参数退化对开关特性的影响。

文章创新点

该文章的创新点包括：

研究了重复无钳式感应开关（UIS）应力下非对称沟槽硅碳化物（SiC）功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的退化现象和机制。
证明主要的退化机制是在沟槽角落处注入热电子到栅氧化层中。
监测了器件的静态和动态参数，发现在经历了300k的UIS应力周期后，阈值电压（Vth）减少近1V，而栅漏电容（Cgd）严重增加46.2％，导致开关特性的退化。
调查了电参数退化对开关特性的影响。
提供了注入电子在重复UIS应力下的积累实验证据。
通过模拟分析器件在雪崩状态下的冲击产生率（I.I.）和电场（E）分布，研究了其退化机制。

研究方法

该文章的研究方法涉及使用Silvaco TCAD模拟和实验测量相结合的方法，研究了重复无钳式感应开关（UIS）应力下非对称沟槽硅碳化物（SiC）功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的退化现象和机制。研究还将器件的体二极管作为感应器的自由轮二极管进行开关测试，并监测了器件的静态和动态参数，以研究电参数退化对开关特性的影响。研究还提供了注入电子在重复UIS应力下的积累实验证据，并模拟了器件在雪崩状态下的冲击产生率（I.I.）和电场（E）分布，以研究其退化机制。

得出的结论

该文章的结论是，在重复无钳式感应开关（UIS）应力下，非对称沟槽硅碳化物（SiC）功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的退化机制是在沟槽角落处注入热电子到栅氧化层中。沟槽角落处积累的电子会导致阈值电压（Vth）减少近1V，同时Ron减少7.2％，在经历了300k的UIS应力周期后。研究还发现，注入的电子可以抑制电场，防止氧化层进一步注入热电子而导致断电。研究提供了注入电子在重复UIS应力下的积累实验证据，并模拟了器件在雪崩状态下的冲击产生率（I.I.）和电场（E）分布，以研究其退化机制。