功率電子學(xué)在現(xiàn)代科技領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色，尤其是在可再生能源和電動交通領(lǐng)域。為了滿足日益增長的高效率、小巧緊湊組件的需求，我們需充分認(rèn)識并保證寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體（如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN））的可靠性。在NI Connect活動中，NI專家 Gabriel Lieser主講了一堂關(guān)于功率電子學(xué)動態(tài)測試的研討會，重點關(guān)注如何為這些關(guān)鍵半導(dǎo)體材料量身打造可靠性測試方案。

WBG半導(dǎo)體的重要性

Lieser首先強調(diào)了功率電子學(xué)在現(xiàn)代科技中的核心地位，尤其是在綠色能源和電動汽車（EV）領(lǐng)域。隨著人們追求更高效率和更小型、更強大的組件，WBG材料逐漸得到廣泛應(yīng)用。SiC和GaN器件憑借其優(yōu)越的性能，已逐步取代傳統(tǒng)硅基器件，成為眾多應(yīng)用的首選。然而，這些新型材料在可靠性測試方面面臨諸多挑戰(zhàn)，需要創(chuàng)新性的測試方法來解決。

可靠性測試的演變

傳統(tǒng)的可靠性測試（如適用于硅基器件的1000小時測試）無法完全適用于SiC和GaN器件，因為它們具有不同的失效機制和加速壽命因素。因此，業(yè)界急需制定專門針對WBG半導(dǎo)體的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。Lieser強調(diào)，理解可靠性測試中的加速因子至關(guān)重要。例如，要在1000小時的測試中模擬20年的使用壽命，就需要根據(jù)溫度、應(yīng)力等因素計算出適當(dāng)?shù)募铀僖蜃?。精?zhǔn)的測量和控制是確保測試結(jié)果真實反映長期性能的關(guān)鍵。

特定的失效機制

研討會上探討了SiC MOSFET中的柵極應(yīng)力和GaN HEMTs中的濕氣引發(fā)的失效等具體失效機制。Lieser分享了經(jīng)過加速壽命測試的汽車級SiC MOSFET的實際數(shù)據(jù)，揭示了長時間應(yīng)力后導(dǎo)通電阻的明顯增大，這將直接影響到電動汽車的效率和性能。這些發(fā)現(xiàn)凸顯了在可靠性評估中考慮這些新型失效模式的必要性。

溫度控制與動態(tài)測試

溫度控制在動態(tài)測試中占據(jù)主導(dǎo)地位。溫度不均可能導(dǎo)致誤判，如溫度引起的閾值電壓偏移。正確預(yù)處理柵極閾值電壓對于獲取一致且可靠的測量結(jié)果至關(guān)重要。Lieser的團隊發(fā)現(xiàn)，不當(dāng)?shù)念A(yù)處理可能導(dǎo)致高達100小時測試時間的測量噪聲，進而扭曲測試結(jié)果。

比較分析與行業(yè)適應(yīng)

Lieser展示了多家廠商生產(chǎn)的各類SiC MOSFET在應(yīng)力下的性能對比分析，揭示了它們之間的性能差異。這種差異性突出了全面測試和表征每種器件以確保其實用可靠性的必要性。他強調(diào)，可靠性測試社區(qū)需要積極適應(yīng)并發(fā)展，以應(yīng)對WBG半導(dǎo)體所帶來的挑戰(zhàn)。通過研發(fā)新的測試方法以及深入理解SiC和GaN器件的獨特失效機制，業(yè)界有望確保這些關(guān)鍵組件的長期可靠性。

結(jié)語

Lieser的觀點為從事可靠性測試工作的專業(yè)人員提供了寶貴的指導(dǎo)，強調(diào)了在功率電子學(xué)快速發(fā)展的背景下，精準(zhǔn)測量、溫度控制及定制測試協(xié)議的重要性。研討會強調(diào)，業(yè)界應(yīng)致力于開發(fā)和采納新的可靠性標(biāo)準(zhǔn)和測試方法，以應(yīng)對WBG半導(dǎo)體所帶來的獨特挑戰(zhàn)，確保其在可再生能源和電動交通等關(guān)鍵領(lǐng)域的穩(wěn)定性能。