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碳化硅功率MOSFET中激光诱导单粒子效应的研究
Study of Laser-Induced Single Event Effects in SiC Power MOSFETs
| 作者 | Haoming Wang · Chao Peng · Zhifeng Lei · Zhangang Zhang · Teng Ma · Yujuan He |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 碳化硅功率MOSFET 单粒子效应 单粒子烧毁 等效线性能量转移模型 激光评估 |
语言:
中文摘要
本文通过激光辐照研究了碳化硅（SiC）功率金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）的单粒子效应（SEE）。在脉冲激光双光子吸收（TPA）条件下，观察到了单粒子烧毁（SEB）和漏电流增加现象。获得了对应不同偏置电压的单粒子效应能量阈值。提出了一种改进的等效线性能量转移（ELET）模型，用于关联碳化硅MOSFET中激光诱导的单粒子效应和重离子诱导的单粒子效应。实验结果表明，当激光能量超过42纳焦时，改进模型得到的等效线性能量转移值与重离子实验得到的线性能量转移（LET）值之间的误差低至5%，显著提高了激光评估的准确性。
English Abstract
This article investigates the single event effects (SEEs) of SiC power MOSFETs by laser irradiation. The single event burnout (SEB) and leakage current increase phenomenon are observed under pulsed laser two-photon absorption (TPA) conditions. The energy threshold for SEE corresponding to different bias voltages is obtained. An improved equivalent linear energy transfer (ELET) model is proposed to correlate the laser-induced SEE and the heavy-ion-induced SEE in SiC MOSFETs. Experimental results show that when laser energy exceeds 42 nJ, the error between the ELET values from the improved model and linear energy transfer (LET) from heavy-ion experiments is as low as 5%, significantly enhancing the accuracy of laser evaluation.
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SunView 深度解读
作为全球领先的新能源设备供应商，阳光电源在光伏逆变器和储能系统中大量采用SiC功率MOSFET以提升系统效率和功率密度。该论文针对SiC器件单粒子效应的激光测试方法研究，对我们产品的可靠性验证具有重要战略意义。
从业务应用角度看，单粒子效应是影响功率器件长期可靠性的关键因素，尤其在高海拔光伏电站、航空航天储能系统等高辐射环境中。传统重离子测试成本高昂且周期漫长，该研究提出的改进型等效线性能量传输（ELET）模型，在激光能量超过42 nJ时可将评估误差降至5%，这为我们建立快速、低成本的器件筛选和质量控制体系提供了可行路径。论文揭示的单粒子烧毁（SEB）阈值与偏置电压的关系，可直接指导我们优化逆变器的工作电压裕量设计和保护策略。
技术成熟度方面，激光双光子吸收测试方法已在实验室得到验证，但向工业化应用转化仍需解决测试标准化和设备投资问题。对阳光电源而言，这项技术带来的机遇在于：一是可建立内部SiC器件辐射抗性评估能力，减少对供应商数据的依赖；二是为进军航空航天、极地等特殊应用场景的储能市场提供技术支撑；三是通过深入理解器件失效机理，推动与上游芯片厂商的联合开发，定制更高可靠性的功率模块。
挑战在于需要投入专业测试设备和建立跨学科团队，但考虑到SiC器件在我们产品中的战略地位和市场差异化竞争需求，这项技术储备具有显著的长期价值。