氧化物/SiC界面會在關(guān)鍵器件參數(shù)（如閾值電壓（V）上產(chǎn)生較大的偏移第）、導(dǎo)通狀態(tài)電阻 （RDS（開）），并且早期生存期失敗。柵極氧化層處理（包括氮化）的改進(jìn)導(dǎo)致柵極氧化層在標(biāo)準(zhǔn)可靠性和鑒定測試下的固有可靠性得到顯著改善。其中一些測試來自硅器件測試，包括：
　　瞬態(tài)介電擊穿測試，通常在加速條件下在恒定應(yīng)力下對電容器進(jìn)行，以得出額定條件下時間曲線的故障
　　高溫柵極偏置鑒定，在封裝器件上完成，在柵極和溫度規(guī)格下具有恒定的柵極偏置，漏源電壓 （V）DS） 在 0 V 時
　　偏置溫度不穩(wěn)定性 （BTI） 可靠性測試，在恒定偏置下進(jìn)行
　　這 V第在直流偏置條件下，SiC MOSFET的漂移通常大于硅MOSFET的漂移。此外，許多工作旨在在設(shè)備通常會切換的特定應(yīng)用條件下測試這種轉(zhuǎn)變。這些開關(guān)瞬變可能導(dǎo)致柵極源電壓 （VGS系列這可能取決于幾個因素，例如導(dǎo)通和關(guān)斷轉(zhuǎn)換率、內(nèi)部器件電容以及可以設(shè)計在其中的外部組件（例如柵極電阻器）或寄生效應(yīng)（例如鍵合線電感）。已經(jīng)提出了 GSS 測試，其中柵極在器件的指定溫度下進(jìn)行重復(fù)開關(guān)周期，電壓為 VDS在 0 V 時。該測試現(xiàn)在是 JEDEC JEP195 指南的一部分。
　　V 中的漂移第從交流循環(huán)取決于開關(guān)周期的數(shù)量（N周期），可以表示為?V第 = 一個o×N周期n，其中指數(shù) n 變化。
　　10以下約107N周期，退化遵循常數(shù) n ≈ 0.16，這通常在 DC-BTI 應(yīng)力下表現(xiàn)出來。

　　超過 10 個8N周期，n 增加到 0.32 ≈，這種行為在直流應(yīng)力下是看不到的。這種偏移的表示如圖 1 所示。

　　GSS測試下SiC MOSFET的Vth位移。
　　圖 1：V第GSS測試下SiC MOSFET的位移（Gómez等人，2024）
　　應(yīng)力超過 ≈ 1e11 N周期顯示飽和較低的移位率，n ≈ 0.1。
　　這 V第移位很大程度上取決于值和值 VGS系列切換電平，V 值越來越負(fù)GS_low值顯示出更強(qiáng)的轉(zhuǎn)變。負(fù) VGS系列通常建議關(guān)斷SiC MOSFET，特別是在硬開關(guān)條件下，以限度地降低米勒電容耦合誤導(dǎo)通的風(fēng)險，并限度地降低開關(guān)損耗。
　　這 V第與DC-BTI壓力不同，GSS的轉(zhuǎn)移在很大程度上是不可恢復(fù)的。
　　從測量的角度來看，高頻測試可確保在合理的時間范圍內(nèi)實現(xiàn)足夠多的周期數(shù)，并且仍能觀察到 GSS 偏移。例如，500kHz 開關(guān)可以在 1,000 小時內(nèi)實現(xiàn)超過 1e12 個周期。在某些應(yīng)用中，例如太陽能逆變器，這可能不足以模擬預(yù)期的 20 年使用壽命，但可以有合理的信心使用外推法。2非恢復(fù)特性也使得執(zhí)行非原位 V 更容易第從應(yīng)力烘箱中卸下零件后進(jìn)行測量。
　　GSS 與 ASS 的比較

　　隨之而來的一個重要問題是，GSS 測試是否準(zhǔn)確反映了在應(yīng)用切換應(yīng)力 （ASS） 下看到的應(yīng)力。Gómez 等人試圖使用圖 2 中描述的測試設(shè)置來回答這個問題。ASS 配置為升壓轉(zhuǎn)換器，但其他類似的設(shè)置用于標(biāo)準(zhǔn)化其他測試條件，尤其是柵極驅(qū)動。

　　GSS（左）和 ASS（右）的測試設(shè)置。
　　圖 2：GSS（左）和 ASS（右）的測試設(shè)置
　　使用的器件是額定電壓為 1,200V 的 SiC MOSFET。用于測試的一些條件是：
　　開關(guān)頻率 = 100kHz
　　VGS_high= 18 伏，VGS_low= –8 伏
　　柵極電阻 （RG) = 4.7 Ω
　　對于 ASS，V抄送= 400 V，負(fù)載電流 （iL） 的 1.2 A 和 iL（峰-峰值）為 1.6 A
　　非原位五號第定期進(jìn)行測量。圖 3 顯示了每種情況下看到的偏移結(jié)果。

　　Vth 從 GSS 和 ASS 應(yīng)力轉(zhuǎn)移。

　　圖 3：V第GSS 和 ASS 壓力的轉(zhuǎn)變
　　受 ASS 影響的 DUT 表現(xiàn)出更大的 V 偏移第，升壓轉(zhuǎn)換器中使用的低側(cè)和高側(cè) DUT 顯示出相似的趨勢。為了確定造成這種情況的原因，作者檢查了柵極開關(guān)波形并進(jìn)行了仿真。導(dǎo)通波形如圖 4 所示。盡管 10% 至 90% 的開關(guān)時間看起來相當(dāng)，但 dVGS系列/dt 斜率在 ASS 期間較高，并且表現(xiàn)出更多的振蕩行為。

　　GSS 和 ASS 期間的柵極導(dǎo)通波形。

　　圖 4：GSS 和 ASS 期間的柵極導(dǎo)通波形
　　在這些測試期間，電容充電和放電的內(nèi)部瞬態(tài)電流分布在低于 V 的情況下是不同的第制度，這被懷疑是 V 差異背后的原因第轉(zhuǎn)變。米勒柵極漏極電容（C廣東）和輸出電容（CDS）是V的函數(shù)DS電壓。如圖 5 所示，該圖還顯示了這些電流。

　　MOSFET原理圖，在ASS（左）和GSS（右）期間具有內(nèi)部電容，而中間顯示了CDS和CGD對VDS偏置的典型響應(yīng)。

　　圖 5：ASS（左）和 GSS（右）期間內(nèi)部電容的 MOSFET 原理圖，而中間顯示了 C 的典型響應(yīng)DS和 C廣東到 VDS偏見 。
　　在 GSS 測試的情況下，VDS為 0 V。電流流向效果的基本推導(dǎo) C廣東從 V 開始的路徑DS開關(guān)瞬態(tài)屈服：
　　VGS系列= （1 ÷ （1 + （CGS系列÷C廣東))) × VDS
　　這可以解釋瞬態(tài) dV 的差異GS系列/dt 在兩個測量值之間。在實踐中，進(jìn)行GSS可靠性測試要簡單得多，并且解決方案可以改善dV的匹配GS系列/dt 到 ASS 檢驗將是凈 V 的更好預(yù)測指標(biāo)第應(yīng)用程序中的移位。當(dāng)然，結(jié)果也高度依賴于外部組件，例如 RG和歸納路徑。R 效果示例G在 V 上第shift如圖 6 所示。

　　柵極電阻對GSS Vth位移的影響

　　圖 6：柵極電阻對 GSS V 的影響第班次
　　GSS測試是SiC MOSFET整體可靠性檢查的重要組成部分。這 V第偏移導(dǎo)致 R 增加DS（開）在終應(yīng)用中，來自較小的柵極過驅(qū)動。在太陽能逆變器等應(yīng)用中，器件的使用壽命可能超過 1e13 個開關(guān)周期，因此準(zhǔn)確預(yù)測器件行為的這種轉(zhuǎn)變對于確保整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行非常重要。將 GSS 門波形與實際 ASS 條件相匹配可以確保這一點。