SiC MOSFET在重复短路应力下的阈值电压退化与恢复特性

《IEEE Transactions on Power Electronics》：Threshold Voltage Degradation and Recovery Characteristics of SiC MOSFETs Under Repetitive Short-Circuit Stress

SiC MOSFET在短路故障下的阈值电压（VTH）退化与恢复特性研究，通过构建测试平台对比平面型和沟槽型器件，揭示初期可恢复退化（DM1）和长期不可逆退化（DM2）机制，并提出保护优化建议。

　　

摘要：

SiC MOSFET的寿命和老化问题一直备受电力电子系统设计师的关注。器件退化后的恢复特性对于用户正确评估功率器件性能的影响也至关重要。本文全面研究了SiC MOSFET在短路故障下的阈值电压（VTH）退化及其恢复特性，并揭示了相关机制。研究人员构建了一个短路测试平台，在不同的栅极偏压（VGS）条件下对平面栅极和沟槽栅极SiC MOSFET进行了多次短路（RSC）测试，以评估其VTH退化特性。研究首次发现了SiC MOSFET在短路故障中存在两种不同的VTH退化模式，这两种模式的退化趋势各不相同。此外，本文还首次详细分析了SiC MOSFET在经历RSC应力后的VTH恢复特性。在平面栅极和沟槽栅极SiC MOSFET的短路故障中，其中一种退化模式（DM1）在最初的几次短路事件中容易发生，并且在停止使用后可以恢复；而另一种退化模式（DM2）则会在长期内持续存在且不可逆。对退化和恢复特性的双重评估为用户提供了重要的参考，有助于他们更好地理解功率半导体器件的性能变化。关于VTH退化和恢复的发现还得到了单元级物理机制分析的支持。基于测试结果和机制分析，本文提出了优化短路保护措施的建议，以减轻短路故障中的不可逆VTH退化，并提供了相应的实现方法。