马拉松性能测试 派恩杰产品可靠性远超车规要求
自SiC材料凭借其更优的温度稳定性，更高的功率密度和更高的耐压为特斯拉所采用之后，各汽车厂商为了提高续航里程以及能量效率越来越多的跟进使用SiC芯片构成的能量管理系统。此举推动了SiC功率器件/模块在越来越多的应用场景中取代Si基功率芯片，同时也为其发展出更多的机会应用在新场景中。
目前针对SiC的研究已相当深入，仍有不少人关注SiC材料的栅氧能力，本文对此再做一个简要介绍。如图1所示，相较于Si基材料，SiC与SiO2栅氧层界面缺陷密度更高，SiC早期失效、非本征失效(虚线)发生的概率要比Si材料的高三四个数量级；而在本征失效(实线)部分Si与SiC产品的氧化层击穿极限是一致的；这意味着若能够将SiC器件中未能达到寿命要求的那些器件筛选掉，可得到与Si器件相比拟的可靠性，若是使用更严格但不损伤芯片的筛选条件，可以得到可靠性优越的器件。
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图1：相同厚度及面积氧化层的Si材料和SiC材料的非本征失效及本征失效的Weibull分布；F是累积失效率，t是时间，Chip life time是芯片需要达到的最小寿命。图片来源JEP122H。
关于SiC MOSFET栅氧能力，目前有HTGB（高温栅压测试），HTGBR（高温栅压反偏测试）等传统标准的测试方法，这些方法能对SiC器件栅氧可靠性进行评估。派恩杰的产品除了这些实验之外，团队早已紧跟前沿，于2021年上半年即通过TDDB实验确定芯片筛选条件，本文将简要介绍筛选后器件经过马拉松（Marathon）实验的典型结果。
目前派恩杰所做马拉松实验的思路和方法如下：首先对于实验产品施加合适的栅压进行筛选，然后随机选取通过筛选的样品(一般为千数量级)，进行100天的长时间高栅压应力、高温度应力测试，再将实验结果通过E模型评估产品可靠性。所采用的实验思路来自于国际大厂、学界曾做过的实验及相关文献。
实验结果
派恩杰团队近期结束了1200V80mΩ的P3M12080K3产品为期100天的马拉松实验。实验中，派恩杰选取了合适的栅压条件Vgs = 25V，环境温度也是严苛的175℃，实验结果如图2所示：
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图2：橙色实验数据为加压条件下得到的结果，蓝色数据为E模型得到栅极使用规格书电压等效结果。
使用此寿命模型，实验结果：派恩杰的P3M12080K3产品在目前的筛选条件下，能够很好地消除SiC材料的失效风险，PPM为个位数，与国际竞品厂商论文及报告中的器件可靠性接近。这也意味着派恩杰产品不仅能通过严苛的车规测试，也可以很好地适用于新能源和光伏等领域。
参考文献：
[1]JEP122H；
[2] M. Beier-Moebius and J. Lutz, "Breakdown of gate oxide of 1.2 kV SiC-MOSFETs under high temperature and high gate voltage," PCIM Europe 2016; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management, 2016, pp. 1-8.
[3] Yu, Liangchun & Dunne, Greg & Matocha, Kevin & Cheung, Kin & Suehle, John & Sheng, Kuang. (2011). Reliability Issues of SiC MOSFETs: A Technology for High-Temperature Environments. Device and Materials Reliability, IEEE Transactions on. 10. 418 - 426. 10.1109/TDMR.2010.2077295.