一种碳化硅器件老化测试方法技术

本发明专利技术提供一种碳化硅器件老化测试方法包括：测试平台包括级联的前级同步型Boost桥臂电路和后级同步型Buck桥臂电路；直流电源通过二极管后输入到前级同步型Boost桥臂电路，与后级同步型Buck桥臂电路的输出端相连；直流电源根据测试工况进行设置，测试平台通过电路中功率电感实现能量在测试平台中的循环流动；通过设置该测试平台的工作模态，设定被测碳化硅器件的开关频率、漏源极电压和漏极电流，实现在不同测试工况下加速碳化硅器件的老化，得到老化测试结果；测试平台将碳化硅器件放置于桥臂结构电路中，从而充分考虑了碳化硅器件连续工作情况下串扰对栅氧可靠性影响，提高了对碳化硅器件老化测试结果的精确程度。碳化硅器件老化测试结果的精确程度。碳化硅器件老化测试结果的精确程度。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅器件老化测试方法


[0001]本专利技术涉及一种碳化硅器件老化测试方法。

技术介绍

[0002]SiC材料作为第三代宽禁带半导体材料，其相比于传统的Si材料临界电场强度更高、饱和电子漂移速率更快、热导率更大，采用SiC材料生产出的功率器件或者模块具有更高的阻断电压、更快的开关速度和更好的导热性能，SiC功率器件的应用可以推动现代功率变换器的设计趋向于高频、高效、高功率密度的方向发展。
[0003]然而，高端电力电子变换器由于其应用场景多样化，需要具备较高的可靠性，其中，碳化硅功率器件作为最常见失效原因之一，其可靠性备受关注。碳化硅功率器件具有更大的优势的同时，也带来有关可靠性、稳定性的更大挑战，碳化硅MOSFET(即碳化硅器件)的缺陷密度很高，在栅极氧化物和氧化物
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半导体界面上具有很高的缺陷密度，因此，其长期可靠性问题仍然存在一个挑战。另一方面，在碳化硅MOSFET的设计时，其栅极氧化物的可靠性和器件的导通电阻之间存在着一种权衡关系，对此，为了提高碳化硅MOSFET的性能，准确评估其栅极氧化物的长期可靠性是必不可少的。
[0004]碳化硅MOSFET的栅极氧化层可靠性试验可以分为直流栅极偏压温度不稳定性应力试验和交流栅极偏压温度不稳定性应力试验。直流栅极偏压温度不稳定性应力试验是对碳化硅MOSFET施加静态偏压应力，传统的试验方法是以测量——应力——测量(MSM)为顺序，反复给栅极施加偏压和温度应力，然后读数，但是由于该方法的准确性很大程度上与读数时间相关，对此英飞凌公司采用预处理脉冲对其进行改进，进行二次读数，该方法不易受到读数延迟和器件状况的影响。
[0005]同时，针对碳化硅MOSFET的外部栅极氧化层可靠性的评估试验，英飞凌开发了马拉松应力试验和栅极电压步进应力试验两种试验方法，马拉松应力试验可以实现对数以千计的器件同时施加接近于运行条件的应力，测试效率较高，但是其需要采用非常复杂的方式进行校验，且在选择栅极应力水平也较为苛刻。栅极电压步进应力试验通过逐步增大栅极应力偏压的方式进行试验，其可以定性地评估碳化硅MOSFET的栅极氧化层的可靠性，较为准确有效，但是测试数量较少。
[0006]直流栅极偏压温度不稳定性应力试验是在静态偏压应力的工况下进行测试，然而，在碳化硅MOSFET实际运行中，在特定的交流栅极偏压应力的条件下，其参数偏移的程度可能超过施加标准直流栅极应力后的典型值，对此，有必要对碳化硅MOSFET的交流栅极偏压温度不稳定性(AC BTI)进行评估测试。该试验方法一般将碳化硅MOSFET的漏极和源极短接，保证其在导通时没有负载电流，在栅极施加交流高频率的动态电压应力进行测试，并将数据以一定测量序列进行读出，在该试验下，尽可能模拟碳化硅MOSFET在变换器运行中的工况条件，主要考虑其栅极的开关频率、偏压上下限以及信号过冲和下冲的影响因素，交流栅极偏压温度不稳定应力试验更有效地评估碳化硅MOSFET在实际运行中的栅极氧化层的可靠性问题。
[0007]上述测试方法均将碳化硅MOSFET处于孤立状态下，采用静态测试方法或动态测试方法对其进行老化测试，并没有将碳化硅MOSFET置于桥臂型结构电路中，然而，实际应用中，碳化硅MOSFET往往处于桥臂型结构电路中，从而串扰也对碳化硅MOSFET栅氧可靠性带来一定影响，同时由于碳化硅MOSFET具有更高的开关速度，导致在桥臂型结构电路中的串扰问题也更为突出，而严重的串扰问题有碍于开关速度的提高，考虑栅压应力对可靠性具有潜在影响以及误导通导致桥臂贯穿的风险，串扰问题影响着电力电子变换器效率、功率密度和寿命的进一步提升，限制了成本的进一步降低，甚至降低了变换器工作的可靠性。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种针对碳化硅器件的老化测试方法，使得碳化硅器件的栅极工作在连续开关模式下，同时在对碳化硅器件进行加速老化测试时，其工况更为接近其应用于电力电子变换器中的实际工况，并能够进行自由设定。该碳化硅器件老化测试方法能够在每次测试时同时测试多只碳化硅器件，提高了对碳化硅器件的测试效率；该碳化硅器件老化测试方法将碳化硅器件置于桥臂型结构电路中，充分考虑了串扰对碳化硅器件的栅氧可靠性的影响，提高了对碳化硅器件的老化测试结果的精确程度。
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种碳化硅器件老化测试方法，包括：测试平台，所述测试平台以同步型级联Boost
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Buck为拓扑的桥臂型结构电路，包括前级同步型Boost桥臂电路和后级同步型Buck桥臂电路，将前级同步型Boost桥臂电路以及后级同步型Buck桥臂电路进行级联；
[0010]直流电源通过二极管后输入到前级同步型Boost桥臂电路，并与后级同步型Buck桥臂电路的输出端相连；所述直流电源根据测试工况进行设置，测试平台通过前级同步型Boost桥臂电路的功率电感和后级同步型Buck桥臂电路的功率电感实现能量在测试平台中的循环流动；
[0011]通过设置该测试平台的工作模态，并设定被测碳化硅器件的开关频率、漏源极电压和漏极电流，实现在不同测试工况下加速碳化硅器件的老化，得到老化测试结果。
[0012]进一步地，将碳化硅器件放置于前级同步型Boost桥臂电路和后级同步型Buck桥臂电路，前级同步型Boost桥臂电路将两只碳化硅器件分别放置于上下桥臂中，后级同步型Buck桥臂电路将两只碳化硅器件分别放置于上下桥臂中。
[0013]进一步地，所述测试平台包括直流电源以及二极管BD；
[0014]所述前级同步型Boost桥臂电路包括：电容C1、功率电感L1、下桥臂碳化硅器件Q1、第一驱动单元、上桥臂碳化硅器件Q2以及第二驱动单元；
[0015]所述后级同步型Buck桥臂电路包括：电容C2、功率电感L2、上桥臂碳化硅器件Q3、第三驱动单元、下桥臂碳化硅器件Q4以及第四驱动单元；
[0016]所述直流电源正极通过二极管BD分别连接所述电容C1的一端部、功率电感L1的一端部以及功率电感L2的一端部；所述直流电源负极分别连接所述电容C1的另一端部、下桥臂碳化硅器件Q1的源极、电容C2的一端部以及下桥臂碳化硅器件Q4的源极；所述功率电感L1的另一端部连接至所述上桥臂碳化硅器件Q2的源极以及下桥臂碳化硅器件Q1的漏极，所述上桥臂碳化硅器件Q2的漏极分别连接所述电容C2的另一端部以及上桥臂碳化硅器件Q3的漏极，所述功率电感L2的另一端部分别连接所述上桥臂碳化硅器件Q3的源极以及下桥臂碳化
硅器件Q4的漏极；所述第一驱动单元用于驱动下桥臂碳化硅器件Q1，所述第二驱动单元用于驱动上桥臂碳化硅器件Q2，所述第三驱动单元用于驱动上桥臂碳化硅器件Q3，所述第四驱动单元用于驱动下桥臂碳化硅器件Q4。
[0017]进一步地，所述测试平台的工作模态依次包括A工作模态、B工作模态、D工作模态以及C工作模态；所述A工作模态处于时间t1‑
t2；所述B工作模态处于时间t3‑
t4；所述D工作模态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅器件老化测试方法，其特征在于：包括：测试平台，所述测试平台以同步型级联Boost
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Buck为拓扑的桥臂型结构电路，包括前级同步型Boost桥臂电路和后级同步型Buck桥臂电路，将前级同步型Boost桥臂电路以及后级同步型Buck桥臂电路进行级联；直流电源通过二极管后输入到前级同步型Boost桥臂电路，并与后级同步型Buck桥臂电路的输出端相连；所述直流电源根据测试工况进行设置，测试平台通过前级同步型Boost桥臂电路的功率电感和后级同步型Buck桥臂电路的功率电感实现能量在测试平台中的循环流动；通过设置该测试平台的工作模态，并设定被测碳化硅器件的开关频率、漏源极电压和漏极电流，实现在不同测试工况下加速碳化硅器件的老化，得到老化测试结果。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅器件老化测试方法，其特征在于：将碳化硅器件放置于前级同步型Boost桥臂电路和后级同步型Buck桥臂电路，前级同步型Boost桥臂电路将两只碳化硅器件分别放置于上下桥臂中，后级同步型Buck桥臂电路将两只碳化硅器件分别放置于上下桥臂中。3.根据权利要求1所述的一种碳化硅器件老化测试方法，其特征在于：所述测试平台包括直流电源以及二极管BD；所述前级同步型Boost桥臂电路包括：电容C1、功率电感L1、下桥臂碳化硅器件Q1、第一驱动单元、上桥臂碳化硅器件Q2以及第二驱动单元；所述后级同步型Buck桥臂电路包括：电容C2、功率电感L2、上桥臂碳化硅器件Q3、第三驱动单元、下桥臂碳化硅器件Q4以及第四驱动单元；所述直流电源正极通过二极管BD分别连接所述电容C1的一端部、功率电感L1的一端部以及功率电感L2的一端部；所述直流电源负极分别连接所述电容C1的另一端部、下桥臂碳化硅器件Q1的源极、电容C2的一端部以及下桥臂碳化硅器件Q4的源极；所述功率电感L1的另一端部连接至所述上桥臂碳化硅器件Q2的源极以及下桥臂碳化硅器件Q1的漏极，所述上桥臂碳化硅器件Q2的漏极分别连接所述电容C2的另一端部以及上桥臂碳化硅器件Q3的漏极，所述功率电感L2的另一端部分别连接所述上桥臂碳化硅器件Q3的源极以及下桥臂碳化硅器件Q4的漏极；所述第一驱动单元用于驱动下桥臂碳化硅器件Q1，所述第二驱动单元用于驱动上桥臂碳化硅器件Q2，所述第三驱动单元用于驱动上桥臂碳化硅器件Q3，所述第四驱动单元用于驱动下桥臂碳化硅器件Q4。4.根据权利要求2所述的一种碳化硅器件老化测试方法，其特征在于：所述测试平台的工作模态依次包括A工作模态、B工作模态、D工作模态以及C工作模态；所述A工作模态处于时间t1‑
t2；所述B工作模态处于时间t3‑
t4；所述D工作模态处于时间t4‑
t5；所述C工作模态处于时间t5‑
t6；所述A工作模态为：前级同步型Boost桥臂电路的下桥臂碳化硅器件Q1和后级同步型Buck桥臂电路的上桥臂碳化硅器件Q3导通，前级同步型Boost桥臂电路的电流依次流经功率电感L1和下桥臂碳化硅器件Q1，后级同步型Buck桥臂电路的电流依次流经上桥臂碳化硅器件Q3和功率电感L2，电容C1和电容C2均进行放电，功率电感L1和L2均进行充电；所述B工作模态为：前级同步型Boost桥臂电路的下桥臂碳化硅器件Q1保持导通状态，而后级同步型Buck桥
臂电路的上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊兴，孙宇晗，李志雨，黄波，邵天骢，李志君，
申请(专利权)人：泰科天润半导体科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：