T CASAS 046-202X SiC MOSFET动态反偏(DRB)试验方法

ICS31.080

CCSL40/49

团体标准

T/CASAS046—202X（征求意见稿）

碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管

（SiCMOSFET）动态栅偏试验方法

Dynamicgatestresstestmethodforsiliconcarbidemetal-oxide-

semiconductorfield-effect-transistor（SiCMOSFET）

（征求意见稿）

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XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

第三代半导体产业技术创新战略联盟发布

T/CASAS046—202X（征求意见稿）

引言

碳化硅(SiC)基功率金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)具有击穿电压高、导通电流大、开

关速度快、功率损耗小、高温稳定性好、驱动简单等优点，被认为是最具前景的功率半导体器件之一，

它具有能够大幅提高现有电力系统的功率密度、效率、高温工作能力以及抗辐射的能力，与此同时还降

低了系统的体积和重量，因此在电力电子、光伏发电、新能源等领域，都具有非常广阔的应用前景。SiC

MOSFET在各类动态过程中会出现各类物理变化的迟滞，从而发生由于内部结构与外电路的不匹配，或内

部各结构之间的不匹配而引发的应力叠加，或瞬态失效问题。

特别的，在SiCMOSFET开关过程中，栅极在动态电压应力作用下会造成的电特性参数退化，其中阈

值电压漂移是最严重的。在栅极应力作用下的阈值电压漂移量产生的机理包含不同部分，包括由于

SiC/SiO2界面固有的界面缺陷导致的阈值电压漂移，由于栅氧层充电造成的阈值电压漂移，这些阈值电

压漂移一部分在释放应力后可恢复，一部分是永久存在的退化。SiCMOSFET的动态栅偏试验是器件承受

重复正负变换的栅电压，以使栅极界面及近界面缺陷发生的俘获和/或释放过程。当栅极电压在快速变

换过程中，由于界面态或近界面陷阱的填充或释放速度并不足以响应外加偏置的切换速度，导致局部电

场增强。氧化层在这个过程中会承受高于外加栅偏电压的应力，从而使得阈值电压相较于静态偏压漂移

更大。栅氧层中由于电子和空穴的复合所产生的能量，也会破坏其附近的键合，导致缺陷的引入。动态

栅偏试验造成的器件栅极可靠性问题是多种失效机理的复合，其中偏置应力与所施加偏置条件的高低

电平值、频率、占空比、切换速度等参数有很大关系，从而影响了偏置试验的阈值电压的漂移。因此，

在规定应力条件下进行阈值电压漂移程度的测试，是评估器件在实际应用中栅极可靠性的重要手段。

现有的SiCMOSFET动态栅偏试验方法并未完全从传统恒定应力可靠性试验方法中分离，在试验条

件、方法以及参数等重要细节内容没有具体规范，从而影响对SiCMOSFET器件栅极可靠性的评估，本文

件给出了适用于SiCMOSFET器件的动态栅偏试验方法。

III

T/CASAS046—202X（征求意见稿）

碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiCMOSFET）动态栅偏试

验方法

1范围

本文件描述了碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiCMOSFET）的动态反偏(DRB)试验方法，

用于评估高dV/dt对内部结构快速充电导致的老化。

本文件适用于芯片级和模块级SiCMOSFET。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T4586-1994半导体器件分立器件第8部分：场效应晶体管

3术语和定义

GB/T4586界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

动态反偏dynamicreversebieas

DRB

漏源电压快速开通和关断偏置。

漏源电压上升速率risingrateofdrain-sourcevoltage

dVDSdt

漏源电压上升沿的变化速率。

⁄

开态栅极电压on-stategatesourcevoltage

VGS.ON

器件导通的栅极电压。

关态栅极电压off-sategatesourcevoltage

VGS.OFF

器件关断的栅极电压。

最大栅极电压maximumgatesourcevoltage

VGS.MAX

器件可承受的最大栅极电压。

推荐最小栅极电压recommenedminimumgatesourcevoltage

VGS.min.recom

1

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器件推荐的最小栅极电压，应保证器件关断。

4试验电路

动态反偏试验可采用两种方式：被动模式或主动模式，试验电路图分别如图1和图2所示。VGS电压

源是在样品上施加栅源电压的源，VDS电压源是在样品上施加漏源电压的源。被动模式漏源极电压重复

快速开通和关断，栅极电压保持不变。主动模式漏源电压和栅源电压均重复开通和关断，图2中DUT1为

被测器件，DUT2为陪测器件。

D

G

VDS

S

VGS

图1动态反偏试验电路（被动模式）

D

DUT2

G

S

D

DUT1

G

VDS

S

VGS

图2动态反偏试验电路（主动模式）

5试验程序

试验流程

该试验方法通过对样品施加动态反偏电压应力来评估器件的退化，试验流程图如图3所示。

2

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开始

选择样品

测量初始值

施加动态反偏应力中间测量

（实时监测漏电流）

撤除动态反偏应力是否达到测试时间？

终点测量

注1：中间测量不是必须的；

注2：可以在常温下进行试验。

图3试验流程图

样品选择

选择样品并将样品放置到试验仪器中。

初始值测量

测量样品的初始电参数，包括但不限于漏源漏电流IDSS、栅源漏电流IGSS、阈值电压VGS(th)、击穿电

压VBR、漏源极导通电阻RDS(on)、体二极管正向压降VF。

试验条件

推荐按照表1的试验条件进行动态反偏试验，根据产品的要求，其他试验条件是可以接受的，可根

据实际应用条件或最佳实践进行调整，需在产品的详细规范中指明试验条件。

表1动态反偏试验条件

试验条件参数试验要求

试验时间（t）t≥1000h

试验温度（Tc）25℃

漏源电压(VDS)VDS≥0.8VDS.max

dVDSdt≥50V/ns

开关频率(f)f≥25kHz

⁄

方法1：被动模式：保持恒定，VGS=VGS.min.recom

栅源电压(VGS)方法2：主动模式：开关切换，VGS.off=VGS.min.recom，

VGS.on=VGS.max

注1：最大过冲不大于15%VDS.max。

注2：栅极开关切换条件下需关注动态栅应力的影响。

注3：建议试验过程实时监测漏源漏电流的变化。

应力波形

在样品上施加电压和温度应力。图4和图5分别显示了被动模式和主动模式条件下的VGS和VDS电压

应力波形。被动模式下栅源极电压始终保持使器件关断的推荐最小负栅压，主动模式下栅源极电压在推

3

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荐最小负栅压与最大栅压之间切换。漏源极电压变化速率应不小于50V/ns（10%VDS~90%VDS的平均变

化速率），栅源极电压变化速率应不小于1V/ns（10%VGS~90%VGS的平均变化速率）。主动模式可在没

有负载电流IL的情况下进行，若存在负载电流需考虑器件自热。图6为VDS过冲电压波形图，VDS向上和

向下的最大过冲均不大于15%VDS.max

图4被动模式下VGS和VDS电压应力波形图

图5主动模式下VGS和VDS电压应力波形图

图6VDS过冲电压波形图

4

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中间测量或终点测量

中间测量或终点测量包括但不限于漏源漏电流IGSS、栅源漏电流IGSS、阈值电压VGS(th)、击穿电压

VBR、漏源极导通电阻RDS(on)、体二极管正向压降V。测试应按照产品的详细规范进行。中间测量或终

点测量应在器件从规定试验条件下移出后的96h内完成，阈值电压𝐹𝐹VGS(th)应在移出后的10h内完成，测

试方法参考JEP183。如果中间测量或终点测量不能在规定的时间内完成，那么在完成试验后测量前，器

件至少应追加24h相同条件的试验。

6失效判据

失效判据应包括但不限于表2所示的参数，除阈值电压外其他参数的测试方法依据GB/T4586，测试

条件按照产品规范测试常温下的参数变化。

表2动态反偏失效判据

失效判据

参数符号

（相对于初始值的变化率）

漏-源极导通电压RDS(on)20%（主动模式）；5%（被动模式）

体二极管正向压降V5%

击穿电压小于规范值

VBR𝐹𝐹

阈值电压VGS(th)20%（主动模式）；5%（被动模式）

漏源漏电流IDSS500%；若初始值<10nA，则试验后不超过50nA

栅源漏电流IGSS500%；若初始值<10nA，则试验后不超过50nA

7试验报告

应提供一份试验报告，其中包括：

——样品名称；

——试验偏置条件；

——试验温度；

——试验电压；

——试验时间；

——VGS(th)测量前预处理脉冲条件；

——试验前后电参数变化。

5

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A

A

附录A

（资料性）

SiCMOSFET动态反偏试验记录表

A.1SiCMOSFET动态反偏试验记录表

测试记录表如图A.1。

表A.1动态反偏试验记录表示例

产品名称型号规格

试验项目环境温度

型号：

试验设备计量有效期

编号：

试验依据样品

标准条款数量

□被动模式VGS=

选

□主动模式VGS.off=VGS.on=

试验时间t（h）

试验温度（℃）

𝑇𝑇𝐴𝐴

漏源电压VDS(V)

试验条件及技术

上升沿：下降沿：

要求dVDSdt

⁄𝑣𝑣⁄𝑛𝑛𝑛𝑛𝑣𝑣⁄𝑛𝑛𝑛𝑛

dVGSdt（主动模式）上升沿：下降沿：

开关频率⁄f(kHz)𝑣𝑣⁄𝑛𝑛𝑛𝑛𝑣𝑣⁄𝑛𝑛𝑛𝑛

占空比

过冲上冲：%VDS.max下冲：%VDS.max

阈值电压测试条件预处理脉冲电压：V预处理脉冲时间：ms

测试结果

样品编号

DS(on)(mΩ)V(V)VBR(V)VGS(th)(V)IDSS(nA)IGSS(nA)

𝐹𝐹

1𝑅𝑅

2