基于FDR的SiC-MOSFET栅极氧化层失效无损检测方法研究

针对栅极氧化层失效的无损检测对提升SiC-MOSFET可靠性具有重要意义。本文基于器件物理模型建立小信号等效电路，并转化为T形网络的频域阻抗模型，结合频域反射（FDR）技术实现寄生参数精确表征。通过高温栅偏老化实验开展阈值电压退化研究，结果表明老化导致VGS(th)正向漂移，CGS增大、CGD显著减小，CDS变化微弱。退化严重器件的频域阻抗参数谐振频率上移，Z22在100 kHz低频段阻抗明显下降，呈现出与栅氧失效强相关的特征响应。该方法无需导通器件或额外测试电路，可实现快速、无损、通用的失效检测。

开发针对栅极氧化层失效的无损检测方法对于提升SiC-MOSFET的可靠性至关重要.首先基于SiC-MOSFET 的实际物理模型构建出了小信号等效电路模型,并将其转化为符合T形网络求解的频域阻抗表征模型;然后利用频域反射(FDR)技术实现了寄生参数的精确表征;最后搭建了静态高温栅偏老化测试平台,依次开展了 200～1000 h的阈值电压(VGS(th))老化试验.结果表明:老化后,1～5号SiC-MOSFET的VGS(th)均发生了正向漂移,与之相应的寄生电容CGS持续增大而CGD持续减小,但对CDS产生的影响较小.其中,退化严重的5号器件,其CDS仅变化了-0.78％,而CGS增大了 6.65％,CGD显著减小了 23.75％.此外,其频域阻抗曲线(Z11、Z12、Z21和Z22)的谐振频率均有所增加,且Z22参数在低频100 kHz的阻抗值明显降低,显示出了与栅极氧化层失效高度相关的映射特征.基于FDR技术,可在不依赖于功率器件导通的状态下,实现对其栅极氧化层失效的快速、无损检测,且无需集成额外的测试电路,具有广泛的通用性.