SiC功率MOSFETs中单次事件烧毁的热力学动态

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Thermal Dynamic of Single-Event Burnout in SiC Power MOSFETs

单粒子烧毁（SEB）对航天环境中碳化硅（SiC）MOSFET构成威胁，导致永久性失效。研究通过创新限流方法揭示SEB演化机制，分为PN结初始损伤、源金属/SiC角晶格共熔加剧PN结退化，最终n-n结达到碳化硅升华温度而烧毁。模拟显示表面电流聚集和n-n结雪崩击穿是关键因素，为SiC器件失效机理提供新见解。

　　

摘要：

在航空航天环境中运行时，单事件烧毁（Single-Event Burnout，SEB）对碳化硅（SiC）MOSFET构成了重大威胁，可能导致器件永久性功能失效，并通过离子诱导的热失控效应带来系统级风险。然而，其详细的热响应过程和触发机制仍尚未得到充分理解。本研究采用了一种新的电流限制方法来探究SiC MOSFET中的SEB损伤演变过程和机制。实验结果表明，SEB事件可以分为三个不同的阶段：首先是p-n结处的初始损伤，随后损伤转移到源极金属/SiC接合处，晶格共晶结构会加剧p-n结的退化；最后当n-n结达到SiC的升华温度时，器件发生完全烧毁。后续的仿真结果表明，SiC表面的电流拥挤效应和n-n结处的雪崩击穿是SEB过程的关键因素。这些发现有助于我们更好地理解SiC功率器件中由离子引起的灾难性现象。

引言

碳化硅（SiC）MOSFET因其固有的材料优势（如宽禁带、高临界电场和良好的导热性）[1]、[2]，已成为航空航天系统中的关键技术。这些特性使得与硅基器件相比，SiC MOSFET在功率转换效率和工作温度范围方面有了显著提升，满足了卫星电源管理和航空电子系统中对紧凑型高压功率电子产品的需求[3]。