電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）SiC在電動(dòng)汽車(chē)上的大規(guī)模應(yīng)用，到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷8年時(shí)間，行業(yè)已經(jīng)稱(chēng)得上成熟。但作為一種半導(dǎo)體功率器件，由于SiC襯底材料本身存在的缺陷導(dǎo)致器件一致性可能存在差異，以及SiC MOSFET柵極氧化層可靠性受到工藝的影響，在功率模塊中可能出現(xiàn)單個(gè)芯片擊穿導(dǎo)致故障。

比如早期在2019—2022年，特斯拉曾大規(guī)模召回過(guò)Model 3，對(duì)于召回原因的描述是：本次召回范圍內(nèi)車(chē)輛的后電機(jī)逆變器功率半導(dǎo)體元件可能存在微小的制造差異，其中部分車(chē)輛使用一段時(shí)間后元件制造差異可能會(huì)導(dǎo)致后逆變器發(fā)生故障，造成逆變器不能正常控制電流。此故障發(fā)生在車(chē)輛處于停車(chē)狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛無(wú)法啟動(dòng)；此故障發(fā)生在車(chē)輛行駛狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛失去行駛動(dòng)力，極端情況下可能增加車(chē)輛發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，存在安全隱患。

當(dāng)然，目前隨著檢測(cè)技術(shù)的成熟，海外大廠車(chē)規(guī)SiC器件失效概率已經(jīng)非常低了。而國(guó)產(chǎn)SiC未來(lái)大規(guī)模上車(chē)，也將面臨同樣的問(wèn)題，需要盡可能降低器件失效的風(fēng)險(xiǎn)。

最近理想自研SiC芯片團(tuán)隊(duì)在第37屆ISPSD（功率半導(dǎo)體器件和集成電路國(guó)際會(huì)議） 會(huì)議上發(fā)表了題為《Analysis on BVDSS Outlier Chips and Screening Technology for 1.2 kV Automotive SiC MOSFETs》（1200V汽車(chē)級(jí)碳化硅MOSFET芯片擊穿電壓離群芯片的分析與篩選技術(shù)研究）的論文，通過(guò)結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)值模擬，系統(tǒng)地研究1.2 kV SiC MOSFET中 BV_DSS異常芯片的失效機(jī)制。

理想SiC芯片團(tuán)隊(duì)表示，由于電動(dòng)汽車(chē)對(duì)可靠性的嚴(yán)格要求，SiC MOSFET 的柵氧化層可靠性及其魯棒性已被廣泛研究。然而，關(guān)于擊穿電壓異常芯片的討論相對(duì)較少，排除那些由外延或工藝波動(dòng)引起的異常芯片。在開(kāi)發(fā)我們的SiC牽引逆變器過(guò)程中，BV_DSS異常芯片在商用SiC MOSFET產(chǎn)品中經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)。

他們發(fā)現(xiàn)器件失效與外延層中的坑缺陷之間存在強(qiáng)相關(guān)性。當(dāng)坑位于P區(qū)時(shí)，可以觀察到植入?yún)^(qū)域的顯著變形。在變形P區(qū)的角落處，局部電場(chǎng)增強(qiáng)，最終導(dǎo)致提前雪崩擊穿。實(shí)施了一種篩選技術(shù)，超過(guò)96%的不合格芯片具有非致命材料缺陷，其中坑缺陷占最高比例。篩選后，HTRB燒入失效率從1,700個(gè)功率模塊下降了近一個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，還研究了這些坑的結(jié)構(gòu)，期望通過(guò)外延表面平坦化從根本上提高SiC MOSFET的良率。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是理想汽車(chē)通過(guò)自研SiC過(guò)程中收集到的測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)一種技術(shù)能夠高效篩選出異常芯片，降低了實(shí)際應(yīng)用中的芯片失效率，提高SiC MOSFET可靠性。這些研究也意味著，國(guó)產(chǎn)SiC MOSFET正在積極推動(dòng)大規(guī)模上車(chē)的進(jìn)程。