今天这部分的主题是SiCMOSFET的可靠性评估，包括抗辐射能力和功率循环能力，
（1）抗辐射能力：
半导体器件在其整个生命周期中，都会受到核粒子辐射，
这种辐射，源自高能宇宙粒子撞击大气层外围，通过传播与核反应，在低海拔处形成核粒子雨。
尤其是航天器电力系统中的功率器件，对高能辐射粒子极其敏感，容易出现单粒子效应（Single-EventEffect，SEE），损坏器件。
单粒子效应(SEE)的种类有三，
1、单粒子翻转(Single-EventUpsets：SEU)，指重粒子入射造成器件工作状态不稳定，
2、单粒子栅穿(SingleEventGateRupture：SEGR)，指重粒子在靠近器件的栅极区域入射，因瞬态电场过高，造成栅氧损坏，
3、单粒子烧毁(Single-EventBurnout：SEB)，指器件处于阻断状态时，重粒子入射至敏感区域（比如SiCMOSFET的JFET区），因电流过大或器件过热，造成永久性损坏。
一般来说，SEB的破坏性最强，一旦发生，便意味着器件失效。
当然，对于飞机飞行高度以下的器件应用，大气层会起到良好的屏蔽作用，
图片来源：网络
如上，随着海拔高度的增加，中子通量指数增长，
因此考虑宇宙辐射导致的失效率时，必须考虑海拔高度。
顺便提一句，这里的中子通量，指单位时间内，通过单位面积的中子数量，
在功率器件中，这些中子会不断撞击器件内部的原子，可能引起器件损坏。
因此，通过检测中子通量，评估器件在不同环境（比如高海拔地区），可能受到的辐射损伤。
地面应用时，中子通量非常低，
很多功率器件应用要求，单一器件失效率位于1~100FIT，或者更低范围，
1FIT=在109（10亿）运行小时内，有1次失效，
图片来源：网络
如上，ROHM第三代SiCMOSFET与普通SiIGBT在宇宙射线引起的中子辐射下的失效率对比，
横轴VDS，纵轴失效率，
想象一条垂直于纵轴、FIT=1的直线，分别经过绿色、黑色、红色三种器件，
对比很明显，欲达到FIT=1失效率，SiCMOSFET可施加超过1200V漏压，而两种IGBT只能施加800V及以下的漏压。
换言之，如果要求故障率低于一定水平（如10FIT），IGBT必须大幅降额使用。
为什么两种器件有如此显著的差异？
除了材料优势外，另一重要因素是相同额定电流芯片，SiC芯片的面积更小，因此被中子击中的概率更低。
（2）功率循环能力：
实际应用中，半导体器件需要进行频繁的开关操作，导致器件内部温度快速变化，这种由工作状态周期性变化引起的芯片内部温度的周期性变化，称为“功率循环”。
那么何为功率循环可靠性？
答：芯片内部温度变化会对器件的焊接点、键合线和封装材料产生应力，从而影响长期可靠性。
换言之，计算半导体器件在实际应用中的预期使用寿命时，必须考虑内部连接技术的老化。
相比Si材料，SiC材料的杨氏模量更高，温度循环期间，SiC器件会在焊接点产生更明显的塑性应变。
因此，SiC器件的功率循环能力往往比Si器件更低，需要更严格的测试评估可靠性。
图片来源：网络
如上，SiCMOSFET功率循环典型失效模式，
最上面那张图，红圈圈中的是源极键合引线与SiC芯片交界处，第二张图是该处的放大示意图，第三张图标注了裂纹所在区域，
大概逻辑是：
源极键合引线与SiC芯片的顶部金属（通常是铝）通过焊接连接，键合线和SiC芯片的热膨胀系数不同，温度变化时两者膨胀和收缩的程度不一致，
这种不匹配会在焊接点产生剪切应力，功率循环的次数越多，应力作用越多，最终导致材料之间出现分离（裂纹）。
对SiC器件而言，焊接点退化是主要的失效模式。
SiC材料的高杨氏模量，使得焊接点在温度循环期间承受更大应力，导致焊接层的塑性应变及最终退化。
键合线退化在SiC器件中的影响相对较小，但在某些高电流密度和高频开关应用中，自感效应和趋肤效应会增加键合线的电阻，导致局部发热。
小结：
1、相同故障率要求下，IGBT必须大幅降额使用，而SiCMOSFET能以明显更高的漏压使用，表明后者具备更强的抗辐射能力。
2、SiC器件的功率循环能力往往比Si器件更低，焊接点退化是主要的失效模式。
如您对我们的产品感兴趣，欢迎联系
我们将为您提供高效、贴心的解决方案！
咨询电话：135 1009 9916（微信同号）
点击下方图片免费领取产品规格书
想深入了解碳化硅功率器件产品知识？点击→「碳化硅（SiC）课堂」获取详情！
