今天这篇总结一下SiCMOSFET器件的DGB实验（ACBTI）
先介绍BTI这一概念
BiasTemperatureInstability，偏压温度不稳定性，顾名思义，指器件在偏压（Bias）和温度（Temperature）应力下，阈值电压随时间发生漂移的现象。
一般而言，偏压越高、温度越高，BTI效应越显著，
去除应力后，部分阈值电压漂移会恢复（可逆漂移）。
具体到SiCMOSFET，
使用器件时，由于半导体-氧化层界面处，缺陷的产生以及充放电，SiCMOSFET的Vth会产生漂移，从而对器件长期运行产生影响，
一般来说，Vth往更高的方向漂移，使得电阻变大，损耗增加。
图片来源：网络
Si器件中，这种现象已得到充分研究，
相比Si/SiO2界面，SiC/SiO2界面，缺陷的能量范围更宽，对器件性能会产生更复杂的影响。
另一个名词，“载流子交换”。
SiC/SiO2界面，载流子与界面缺陷发生相互作用，被“捕获”或“释放”，这现象即为载流子交换。
电子被界面缺陷捕获，Vth上移。
空穴被界面缺陷捕获，Vth下移。
而SiC材料的禁带宽度较大，导带底（Ec）和价带顶（Ev）的位置，与SiO₂能级结构存在更大的能量差异。
这差异使得SiC/SiO2界面处，载流子更容易被缺陷捕获或释放，从而导致更显著的电参数变化。
简言之，BTI的微观机理，是使用器件时，半导体-氧化层界面处，缺陷的产生及充放电，导致SiCMOSFET的Vth产生漂移。
根据使用工况的不同，可分为DCBTI和ACBTI，
DCBTI，指直流工况造成的Vth漂移，
比如，高温环境，施加+18V栅压，持续1000h，观察Vth漂移情况。
ACBTI，指交流工况造成的Vth漂移，
比如，高温环境，栅压在+18V、-5V之间，以100kHz的频率来回切换，持续1000h，观察Vth漂移情况。
由于SiC器件常常工作在交流栅压下，理解AC-BTI引起的Vth漂移机制对确保产品可靠性至关重要，
这里可以多问一句，为什么Si功率器件一般不需要进行ACBTI评估？
因为数据表明，Si功率器件中，DCBTI的漂移量通常大于ACBTI。
继续追问，为何如此？
因为界面态充放电引起DCBTI，而Si材料的带隙较窄（1.1eV），界面态的捕获释放过程相对缓慢，
直流应力下，效应逐渐累计，引起Vth漂移。
交流应力下，不断的开关过程，会持续刷新界面态状态，
换言之，在每个开关周期内，界面态的捕获释放过程会产生新的平衡，从而削弱累积效应，因此，ACBTI的漂移量小于DCBTI。
但在SiC器件中，材料带隙较宽（3.3eV），理论上，界面态能级处于禁带中央，更大的带隙意味着载流子捕获更难，
但SiC材料生长中，容易引入更多的界面缺陷，这些缺陷作为捕获中心，增加了载流子捕获概率。更多的捕获，意味着更大的漂移。
此外，每个开关周期内，SiC器件的界面态充放电，难以快速重置，因而无法削弱累积效应。
一是因为SiC材料载流子迁移率较低，充放电过程减缓，
二是因为界面态密度高，且能级接近导带底，电子容易被捕获，难以快速释放。
总之，宏观现象是，SiC器件中，ACBTI漂移量，可能大于DCBTI漂移量。
因此需要纳入可靠性标准。
ACBTI中，主要参数包括：
应力施加时间ts、栅偏下限VGL、栅偏上限VGH、开关频率f以及温度T
高频（如500kHz）下测量Vth，要求电参数的高分辨率，以及μs级的测试延时，
Infineon称，在其进行的所有SiCMOSFETACBTI实验中，Vth漂移都是正向，
Vth增大→过驱动电压（VGH-Vth）减小→沟道电阻增大→总电阻增大→导通损耗增大→结温升高，
ACBTI的主要影响因素，包括频率f、栅压下限VGL、栅压上限VGH、温度。
（1）开关频率f:
对ACBTI而言，应绘制漂移量—开关次数关系图，而非漂移量—应力施加时间关系图，
图片来源：网络
如上，VGH＞18V，VGL＜-5V，温度＞150℃，
并未给出具体刻度，但不妨碍分析趋势，
只看500kHz那条红线，随着开关次数增多，Vth漂移量逐渐增大，
同时看50kHz和500kHz两条线，设想作一条平行于y轴的线段，穿过红蓝两条线，
红蓝两线的Vth漂移几乎相同，
这意味着，开关次数相同时，最后的Vth漂移几乎相同，
但两条线的频率不同，若开关次数相同，说明应力施加时间不同，
换言之，Vth漂移与应力施加时间无关（不同的应力施加时间，得到相同漂移量）。
（b）栅压下限VGL:
栅压下限VGL的大小，亦会对ACBTI结果产生影响，
图片来源：网络
上图中，f=500kHz，VGH>18V，温度>150℃，
可以看到，当VGL＞-2.5V时（比如-1V），Vth漂移的幅度、斜率，类似或低于DCBTI结果，
当VGL＜-2.5V时（比如-5V），ACBTI开始主导，原因是漂移斜率（幂律指数）变大。
这里解释一下，
ACBTI的Vth漂移（△Vth），与频率f、应力施加时间ts的关系如下，
图片来源：网络
呈幂律关系，n为幂律指数，代表漂移量增加的速度，
n越大，ACBTI影响越显著，
当VGL更负时，器件关断状态下的场强增大，更多界面态激活，载流子捕获概率增大，n随之增大。
（c）栅压上限VGH与温度：
ACBTI与VGH、温度的关系，类似DCBTI，如下，
图片来源：网络
随着VGH和温度的增大，Vth漂移量增大，但这并不一定导致导通电阻变大，
对前者，VGH的增大，意味着驱动电压上升，使得导通电阻对Vth的变化不那么敏感，
对后者，高温时，JFET电阻和漂移区电阻占比上升，沟道电阻占比下降，因此导通电阻未必变大。
小结：
1、BTI，指器件在偏压（Bias）和温度（Temperature）应力下，阈值电压随时间发生漂移的现象，
2、SiC器件中，ACBTI漂移量，可能大于DCBTI漂移量，需要纳入可靠性标准，
3、SiCMOSFETACBTI实验中，Vth增大，使得沟道电阻增大，从而增大导通电阻，最终增大导通损耗。
如您对我们的产品感兴趣，欢迎联系
我们将为您提供高效、贴心的解决方案！
咨询电话：135 1009 9916（微信同号）
点击下方图片免费领取产品规格书
想深入了解碳化硅功率器件产品知识？点击→「碳化硅（SiC）课堂」获取详情！
