SiC 功率 MOSFET老化檢測(cè)在提高可靠性‌、評(píng)估閾值電壓穩(wěn)定性、揭示失效機(jī)理等方面具有重要作用。‌‌近期，第十屆國(guó)際第三代半導(dǎo)體論壇&第二十一屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇（IFWS&SSLCHINA2024）在蘇州召開(kāi)。期間，“碳化硅功率器件及其封裝技術(shù) I”分會(huì)上，加拿大多倫多大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系教授吳偉東做了“SiC 功率 MOSFET老化檢測(cè)智能柵極驅(qū)動(dòng)器”的主題報(bào)告，分享了相關(guān)研究進(jìn)展。

吳偉東

加拿大多倫多大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系教授

隨著功率 MOSFET 的老化，閾值電壓 (V_TH)、輸入電容 (C_ISS)、體二極管壓降 (V_BD) 會(huì)發(fā)生變化。漏電流 (I_D)、通態(tài)漏源電阻 (R_DS,ON) 和柵極漏電流 (I_GSS) 也隨之下降。因此，許多此類老化指標(biāo)可以作為提示柵極驅(qū)動(dòng)電路的一部分，并用于晶體管的“健康”監(jiān)測(cè)。

報(bào)告介紹了一種集成智能柵極驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器能夠在運(yùn)行中檢測(cè) SiC 功率 MOSFET 的老化。柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 監(jiān)測(cè)柵極電壓斜率，以確定開(kāi)啟期間米勒平臺(tái)的開(kāi)始時(shí)間。該時(shí)間可用作老化指標(biāo)，以檢測(cè)由于閾值電壓變化導(dǎo)致的米勒平臺(tái)的變化。柵極驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的數(shù)碼中央控制單元 (CCU) 可以根據(jù)老化引起的變化調(diào)整柵極驅(qū)動(dòng)曲線和柵極驅(qū)動(dòng)總線電壓 (V_DR)。一個(gè)經(jīng)過(guò) 200 小時(shí)的200 ºC 高溫柵極偏壓 (HTGB)，V_DR,stress = 30 V，1.2 kV、75A 的SiC 晶體管, 會(huì)引起老化導(dǎo)致 I_D 下降 1.5%。如果 V_DR 可以增加 0.5 V, I_D 會(huì)恢復(fù)到老化前的水平。這是通過(guò)調(diào)整晶片上數(shù)字脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 的DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

嘉賓簡(jiǎn)介

吳偉東教授現(xiàn)就職于多倫多大學(xué) Edward S. Rogers 電氣與計(jì)算機(jī)工程系。他也是多倫多納米制造中心 (TNFC) 的主任。吳教授是一個(gè)公認(rèn)功率半導(dǎo)體器件和智能功率集成電路領(lǐng)域的研究員。他的研究小組展示了許多世界首創(chuàng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，包括具有可調(diào)整大小輸出級(jí)的數(shù)字可重構(gòu) DC-DC 功率轉(zhuǎn)換器 [ISPSD 2006], Superjunction功率 FinFET [IEDM 2010] 以及一系列用于絕 IGBT, 碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 功率晶體管的智能柵極驅(qū)動(dòng)器集成電路。目前，吳教授團(tuán)隊(duì)正積極推動(dòng)數(shù)字可重構(gòu)柵極驅(qū)動(dòng)電路的研究，以改善 GaN 和 SiC 功率晶體管的開(kāi)關(guān)特性。其中包括許多新穎的功能，例如死區(qū)時(shí)間校正、間接電流感應(yīng)、抑制電磁干擾 (EMI) 的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度、智能功率模塊 (IPM) 的液冷封裝等。