对SiC MOSFET而言常规的HTRB、HTGB、H3TRB可靠性试验，相信各位已经非常熟悉。
今天介绍另外四种针对SiC MOSFET的非常规可靠性试验，
包括马拉松应力试验、栅极电压步进应力试验、AC-HTC试验以及秒级功率循环试验。
（1）马拉松应力试验：
先说马拉松应力试验，
对数以千计的器件，同时施加位于接近实际应用条件参数区间内的应力，
与老化试验不同的是，施加应力的时间更长（100天，2400h），以增加发现外在失效的概率。
为此，开发出一种专门的试验系统，
将许多器件放进同一封装，将许多封装放在同一应力板上，再将多个应力板同时放进一个烘箱。
最后，同时运行多个烘箱。
对三组拥有不同杂质缺陷密度的器件样品，进行三次独立的马拉松试验。
三组样品，分别对应器件开发过程中的三个阶段，
可以简单理解成，经过三轮迭代，得到三种栅氧状态，
第一组是第一轮，第二组是第二轮，第三组是第三轮，
第三组样品代表产品放行前的状态。
合乎逻辑地，这三组栅氧，质量越来越好，失效概率越来越小，
Infineon的试验证明，结果确实如此。
在150℃下施加电应力100天，
最好的一组（第三组），在VGS= +30 V时，每1000个器件只有1个失效，
而在VGS= +25 V和VGS= -15 V时，失效器件数为0。
利用线性E模型，将VGS= +30 V时的失效时间换算成VGS= +18 V（实际应用电压）时的失效时间，
最终结论是：后两组样品，在150℃、18 V条件下，20年运行时间，只有个位数的ppm级失效概率。
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补充一个背景知识，
ppm级（Parts Per Million）：表示失效概率的单位，百万分之一。
比如，1 ppm，指100万个器件中，平均有1个器件可能失效，
10 ppm，指100万个器件中，平均有10个器件可能会失效，
以此类推，
对SiC功率器件而言，如果失效概率能达到个位数ppm级，认为器件可靠性达到了Si器件标准。
马拉松应力试验,用于估计SiC MOSFET器件在正常运行条件下，在一个生命周期中的失效概率，非常有效，
但需要大量样品，耗时长久，适合供应商评估自家SiC MOSFET可靠性。
（2）栅极电压步进应力试验：
再说栅极电压步进应力试验，
若想定性比较不同厂家SiC MOSFET栅氧可靠性，寿命终期应力试验更加方便。
Infineon的做法，是栅压步进应力试验。
逐步增大栅压，在最高允许结温（Tj,max）下和设定的应力持续时间（tstr）（24h或168h）内，测试少量SiC MOSFET器件,如下图，
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每次施加栅压后，测IGSS，统计失效器件数量，从分布图中剔除失效器件，
第一次试验，施加推荐栅压VGS,rec，如15V，
第二次试验，施加VGS,max，如18V，
之后，每次增加2V，直至所有器件失效（VGS,EOL），
结束后，分析失效器件数量和失效时间，结果如下图，
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这里，空心符号代表内在失效，实心符号代表外在失效，
实线是内在失效曲线，虚线是外在失效曲线，
结论是：
四家供应商的SiC MOSFET，运行时间为20年时，只有M4（Infineon）显示出拥有足够低失效率、清晰的本征失效支线，
其它器件（主要是M1），在较小的电场强度下，出现较多的外在失效（早期失效较多）。
因为Infineon采用更厚的栅氧（70~80nm）。
（3）AC-HTC试验：
再说AC-HTC试验，
为模拟光伏系统应用中的运行模式，验证器件在高湿度和温度循环条件下的可靠性，进行AC-HTC（Alternating Current - High Temperature Cycling Test，交流高低温循环）试验。
标准H3TRB试验，是为了防止在芯片表面出现冷凝，
而AC-HTC试验，于低温高湿度条件下引发冷凝，在终端区形成冷凝水层，再于高温高湿度条件下施加动态应力，
如此操作的目的，是触发某些与SiC材料相关的失效模式，包括动态应力导致的疲劳失效、热应力导致材料老化、湿气诱导电场集中等，
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AC-HTC试验的条件设置如上，可分为两个阶段，
1、低温高湿度阶段，温度在零下，湿度较高，不施加电压，
作用是，使芯片表面出现冷凝水，
不施加电压，是因为防止自热效应导致冷凝水变干，
2、高温高湿度阶段，温度80℃左右，湿度略低于第一阶段，工作频率和电压，类似于实际应用条件。
如果终端区的钝化处理不够充分，终端将出现退化，导致器件过早失效。
因此，Infineon的SiC器件配有叠层钝化膜，以在恶劣条件下保护器件表面，
CoolSiC™MOSFET成功通过持续120天的AC-HTC试验，未出现任何明显退化。
由此证明，CoolSiC™MOSFET可以抵抗这些与SiC材料相关的失效模式。
（4）秒级功率循环试验：
最后，是秒级功率循环试验，
计算半导体器件在实际应用中的预期使用寿命时，必须考虑内部连接技术的老化，
因为实际应用中，半导体器件需要进行频繁的开关操作，导致器件内部温度快速变化，
这种温度变化会对器件的焊接点、键合线和封装材料产生应力，影响长期可靠性。
相比Si材料，SiC材料的杨氏模量更高，
温度循环期间，SiC器件会在焊接点中，产生更明显的塑性应变。
因此，SiC器件的功率循环能力往往比Si器件更低，需要更严格的测试，评估可靠性。
通过秒级功率循环试验进行评估，
试验过程大概如下：
1、初始测量：测试开始前，测量器件初始参数，如导通电阻和热阻，
2、循环测试：每个循环中，器件被加热到高温状态，再冷却到低温状态，模拟实际应用中的温度变化。
3、参数监测：测试过程中，定期测量器件的关键参数，如导通电阻和热阻，以监测器件的老化情况。
4、寿命终止标准：当器件的某个关键参数（如导通电阻）达到预定的变化（如增加20%）时，认为器件达到了寿命终止（EoL）标准。
对SiC器件而言，焊接点退化是主要的失效模式。
SiC材料的高杨氏模量，使得焊接点在温度循环期间，承受更大应力，导致焊接层的塑性应变及最终退化。
键合线退化在SiC器件中的影响相对较小，但在某些高电流密度和高频开关应用中，自感效应和趋肤效应会增加键合线的电阻，导致局部发热。
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循环次数与负载脉冲持续时间的关系如上图，
橙色曲线为CIPS（Current Interrupt Power Cycling）模型曲线，
蓝色曲线为Infineon调整后的模型曲线，
横轴是负载脉冲时间，纵轴是器件达到寿命终止标准之前承受的功率循环次数，
可以看到，长脉冲会使得器件的功率循环能力减弱，因为每个循环中的热应力较大，
在实际应用中，在达到理论预测的循环次数之前，器件的退化便有可能饱和，
这意味着器件的实际寿命可能比理论预测的更长，
因此，考虑到饱和效应，Infineon给出了蓝色曲线。
通过选择合适的负载脉冲持续时间，可以延长器件的使用寿命，提高系统的可靠性。
小结：
1、马拉松应力试验，用于评估SiC MOSFET器件在正常运行条件下，在一个生命周期中的失效概率，非常有效。具体方式是——对数以千计的器件，同时施加位于接近实际应用条件参数区间内的应力，
但需要大量样品，耗时长久，适合供应商评估自家SiC MOSFET可靠性。
2、若想定性比较不同厂家SiC MOSFET栅氧可靠性，栅极步进应力试验更加方便，具体方式是——逐步增大栅压，每次施加栅压后，测IGSS，统计失效器件数量，绘制曲线比较。
3、AC-HTC试验，可模拟光伏系统应用中的运行模式，验证器件在高湿度和温度循环条件下的可靠性，
具体方式是——于低温高湿度条件下引发冷凝，在终端区形成冷凝水层，再于高温高湿度条件下施加动态应力，以触发某些与SiC材料相关的失效模式。
4、SiC器件的功率循环能力往往比Si器件更低，焊接点退化是主要的失效模式，通过选择合适的负载脉冲持续时间，可以延长器件的使用寿命。
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