1200V的SiC - Trench - MOSFET的性能和耐久性

标题：Performance and Ruggedness of 1200V SiC - Trench - MOSFET

摘要

本文介绍了一种新颖的SiC沟槽MOSFET概念。该器件旨在平衡低导通损耗和Si-IGBT类似的可靠性。介绍了45 mΩ/1200 V CoolSiC^TM MOSFET的静态和动态性能以及短路能力的基本特点。在状态电阻的有利温度特性与开关能量对温度的低敏感性相结合，简化了设计过程。长期栅氧化层测试显示出非常低的外在故障率，与工业应用的要求相匹配。

关键词：SiC，沟槽，MOSFET，可靠性，耐久性

文章研究了什么

这篇文章研究了一种1200V的SiC沟槽MOSFET的性能和耐久性。

• SiC沟槽MOSFET旨在平衡低导通损耗和类似Si-IGBT的可靠性。
• 该器件表现出有利的状态电阻温度特性和对温度的低开关能量敏感性，简化了设计过程。
• 长期栅氧化层测试显示出非常低的外在故障率，使其适用于工业应用。
• SiC MOSFET在开关性能方面表现出色，但与MOS通道迁移率和栅氧化层可靠性相关的挑战存在。
• CoolSiC MOSFET基于一种新颖的非对称概念，并利用更复杂的栅氧化层工艺来减轻界面态的负面影响。
• 提出的沟槽SiC MOSFET单元与常用的平面单元不同，提供了改进的性能和耐久性。

文章的研究方法

• V_GS=17、15、13、10、7 V的栅极电压在25℃（实线）和175°C（虚线）下的典型1象限输出特性
• 25摄氏度（实线）和175°C（虚线）下的典型3象限特性，V_GS=+15V、0V和-5V
• I_D=20 A、40 A时R_DS(on)和V_GSth（V_GS=V_DS，I_D=10mA）的典型温度依赖性
• 在25摄氏度（实线）和175摄氏度（虚线）下，V_DS=20 V时的典型传输特性
• 典型的短路波形：器件在短路中可承受5μs。条件：Tc=25°C，R_G=7.92 Ω，Vbus=800V，V_GS=-5V/+15V，封装TO-247-4引脚。
• 小信号容量C_iss、C_oss、C_rss是在1MHz下测量的V_DS的函数，V_GS=0 V，内部栅极电阻器通常为4 Ω。
• 开启能量作为漏极电流的函数，在TO-247-4引脚中测量（V_DS=800 V，R_g=2.2 Ω，V_GS=-5 V/+15 V）
• 关断能量作为漏极电流的函数，在TO-247-4引脚中测量（V_DS=800 V，R_g=2.2，V_GS=-5 V/+15 V）
• 300天长期栅极应力测试后的失败率：2组1000个MOSFET在150℃下测试，恒定栅极应力在100天后增加5V

文章的创新点

该文章的创新点是基于非对称概念开发了一种新型SiC沟槽MOSFET。与常用的平面单元相比，这种沟槽MOSFET设计提供了改进的性能和耐久性。该器件旨在平衡低导通损耗和类似Si-IGBT的可靠性，使其适用于工业应用。SiC沟槽MOSFET还表现出有利的状态电阻温度特性和对温度的低开关能量敏感性，简化了设计过程。此外，长期栅氧化层测试显示出非常低的外在故障率，表明该器件的可靠性。SiC沟槽MOSFET中使用的创新栅氧化层工艺有助于减轻界面态的负面影响，解决了SiC MOSFET中与MOS通道迁移率和栅氧化层可靠性相关的挑战。

文章的结论

该文章的创新点是基于非对称概念开发了一种新型SiC沟槽MOSFET。与常用的平面单元相比，这种沟槽MOSFET设计提供了改进的性能和耐久性。该器件旨在平衡低导通损耗和类似Si-IGBT的可靠性，使其适用于工业应用。SiC沟槽MOSFET还表现出有利的状态电阻温度特性和对温度的低开关能量敏感性，简化了设计过程。此外，长期栅氧化层测试显示出非常低的外在故障率，表明该器件的可靠性。SiC沟槽MOSFET中使用的创新栅氧化层工艺有助于减轻界面态的负面影响，解决了SiC MOSFET中与MOS通道迁移率和栅氧化层可靠性相关的挑战。