Test de fiabilité des dispositifs de puissance SiC

Défis et solutions

Si le carbure de silicium (SiC) est largement utilisé dans les véhicules électriques, c'est parce qu'il présente les trois caractéristiques suivantes : "tension de tenue élevée", "faible résistance à l'enclenchement" et "haute fréquence", qui conviennent mieux aux véhicules que les semi-conducteurs à base de silicium. Tout d'abord, du point de vue des caractéristiques du matériau, le carbure de silicium (SiC) présente une résistance plus faible et moins de perte de puissance lors de la conduction du courant, ce qui permet non seulement une utilisation plus efficace de la puissance de la batterie du véhicule électrique, mais réduit également le problème de la chaleur générée par la résistance élevée traditionnelle. Le coût de conception du système de refroidissement s'en trouve réduit.

Deuxièmement, le carbure de silicium (SiC) peut supporter une tension élevée allant jusqu'à 1 200 V, ce qui réduit la perte de courant lorsque le commutateur semi-conducteur à base de silicium est commuté, résout le problème de la dissipation de la chaleur, rend l'utilisation des batteries de véhicules électriques plus efficace et simplifie la conception de la commande du véhicule. Troisièmement, le carbure de silicium (SiC) présente une meilleure résistance aux températures élevées que les semi-conducteurs traditionnels à base de silicium (Si), et peut supporter jusqu'à 250 °C, ce qui convient mieux au fonctionnement de l'électronique automobile à haute température.

Enfin, la puce en carbure de silicium (SiC) présente les caractéristiques suivantes : résistance aux températures élevées, tension élevée et faible résistance. Elle peut être conçue pour être plus petite. L'espace supplémentaire rend l'espace de conduite des véhicules électriques plus confortable, ou la batterie peut être plus grande pour atteindre un kilométrage plus élevé.

Du point de vue du développement technologique et du passage du MOS à base de silicium (Si) au MOS en carbure de silicium (SiC), le plus grand défi consiste à résoudre le problème de la fiabilité du produit, et parmi les nombreux problèmes de fiabilité, la tension de seuil du dispositif (Vth) est particulièrement importante. La dérive est la plus critique, elle est au centre de nombreux travaux de recherche scientifique ces dernières années, et c'est aussi le paramètre central pour évaluer le niveau de fiabilité technique de chaque produit MOSFET SiC.

Par rapport au matériau Si, la stabilité de la tension de seuil du MOSFET en carbure de silicium SiC est relativement médiocre, ce qui a un impact important sur l'application. En raison de la différence de structure cristalline, par rapport aux dispositifs en silicium, il existe un grand nombre d'états d'interface à l'interface SiO2-SiC, ce qui entraîne une dérive de la tension de seuil sous l'action de la contrainte électrothermique, et la dérive est plus évidente à haute température, ce qui affecte sérieusement le dispositif à l'extrémité du système. la fiabilité de l'application.

Selon la norme 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" et d'autres exigences, actuellement, Wuhan PRECISE Instrument a développé de manière indépendante une série de produits de mesure de la source tels que la mesure de la source d'impulsion de la série P, l'alimentation programmable à haute tension de la série E, l'alimentation à haute intensité d'impulsion de la série HCPL, qui conviennent aux tests de tension de seuil des dispositifs de puissance en carbure de silicium (SiC) et à d'autres tests de paramètres statiques, et qui couvrent toutes les méthodes actuelles de test de fiabilité.