Test di affidabilità dei dispositivi di potenza SiC

Sfide e soluzioni

Il motivo per cui il carburo di silicio (SiC) è ampiamente utilizzato nei veicoli elettrici è che possiede tre caratteristiche: "alta tensione di resistenza", "bassa resistenza di accensione" e "alta frequenza", che sono più adatte ai veicoli rispetto ai semiconduttori a base di silicio. Innanzitutto, dal punto di vista delle caratteristiche del materiale, il carburo di silicio (SiC) presenta una resistenza inferiore e una minore perdita di potenza durante la conduzione della corrente, il che non solo consente un uso più efficiente dell'energia della batteria del veicolo elettrico, ma riduce anche il problema del calore generato dalla tradizionale alta resistenza. Riduce il costo di progettazione del sistema di raffreddamento.

In secondo luogo, il carburo di silicio (SiC) è in grado di resistere a una tensione elevata, fino a 1200 V, che riduce la perdita di corrente durante la commutazione dell'interruttore a semiconduttore basato sul silicio, risolve il problema della dissipazione del calore e rende più efficiente l'uso delle batterie dei veicoli elettrici, semplificando la progettazione del controllo del veicolo. In terzo luogo, il carburo di silicio (SiC) ha una migliore resistenza alle alte temperature rispetto ai semiconduttori tradizionali a base di silicio (Si) e può resistere fino a 250°C, il che è più adatto al funzionamento dell'elettronica automobilistica ad alta temperatura.

Infine, l'area del chip in carburo di silicio (SiC) ha le caratteristiche di resistenza alle alte temperature, alta tensione e bassa resistenza. Può essere progettata per essere più piccola. Lo spazio in più rende più confortevole la guida dei veicoli elettrici, oppure la batteria può essere ingrandita per ottenere un chilometraggio maggiore.

Dal punto di vista dello sviluppo tecnologico e del progresso dai MOS a base di silicio (Si) al carburo di silicio (SiC), la sfida più grande è quella di risolvere il problema dell'affidabilità del prodotto e, tra i tanti problemi di affidabilità, la tensione di soglia del dispositivo (Vth) è particolarmente importante. La deriva è la più critica, è al centro di molti lavori di ricerca scientifica negli ultimi anni ed è anche il parametro fondamentale per valutare il livello di affidabilità tecnica di ogni prodotto MOSFET SiC.

Rispetto al materiale Si, la stabilità della tensione di soglia dei MOSFET SiC in carburo di silicio è relativamente scarsa e ha anche un grande impatto sul lato applicativo. A causa della differenza nella struttura cristallina, rispetto ai dispositivi in silicio, vi è un gran numero di stati di interfaccia nell'interfaccia SiO2-SiC, che causano la deriva della tensione di soglia sotto l'azione delle sollecitazioni elettrotermiche; la deriva è più evidente alle alte temperature, il che compromette seriamente il dispositivo a livello di sistema. affidabilità dell'applicazione.

Secondo la norma JEDEC JEP183:2021 "Guidelines for Measuring Threshold Voltage (VT) of SiC MOSFETs", T_CITIIA 109-2022 "Technical Specifications for Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (SiC MOSFET) Modules for Electric Vehicles", T/CASA 006-2020 "Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor General Technical Specifications" e altri requisiti, attualmente, Wuhan PRECISE Instrument ha sviluppato in modo indipendente una serie di prodotti di misurazione della sorgente, come il misuratore di sorgente a impulsi della serie P, l'alimentatore programmabile ad alta tensione della serie E, l'alimentatore a impulsi ad alta corrente della serie HCPL, adatto ai test di tensione di soglia dei dispositivi di potenza al carburo di silicio (SiC) e ad altri test di parametri statici, che coprono tutti gli attuali metodi di test di affidabilità.