由於寬禁帶半導體SiC的固有特征，以及不同於Si材cai料liao的de半ban導dao體ti氧yang化hua層ceng界jie麵mian特te性xing，會hui引yin起qi閾yu值zhi電dian壓ya變bian化hua以yi及ji漂piao移yi現xian象xiang。為wei了le理li解jie這zhe些xie差cha異yi，解jie釋shi這zhe些xie差cha異yi與yu材cai料liao本ben身shen特te性xing的de關guan係xi，評ping估gu其qi對dui應ying用yong


、係統的影響
，需要更多的研究及探索。

 

就靜態門極偏置而言
，針對Si器件閾值特性的標準測試流程並不適用於SiC MOSFET。因此
，一種新的測試方法——測試-偏置-測試——被用來評估SiC MOSFET的BTI（Bias-Temperature Instabilities，偏壓溫度不穩定性）特性。它可以區分可恢複的Vth漂移以及永久性的閾值漂移。這種測量技術已經用來對最新發布的SiC MOSFET的閾值穩定性進行了深度研究，結果表明英飛淩CoolSiC MOSFET Vth穩定性在眾多的器件中表現優異，具有極低的BTI以及非常窄的閾值漂移窗口。

 

英飛淩對CoolSiC MOSFET在不同的開關條件下進行了長期的研究測試。數據顯示
，長期的開關應力會引起Vth的緩慢增加。這一現象，在不同品牌、不同技術的SiC MOSFET上均可以觀測到。相同偏置條件下不同器件的Vth漂移值是相似的。Vth上升會引起Rds(on)的輕微上升
，長期影響是通態損耗會增加。

 

需要注意的是
，器件的基本功能不會被影響，主要有：

 

1、耐壓能力不會受影響

 

2、器件的可靠性等級，如抗宇宙射線能力

，抵抗濕氣的能力等不會受影響。

 

3
、Vth漂移會對總的開關損耗有輕微影響

 

影響Vth漂移的參數主要包括：

 

1
、開關次數，包括開關頻率與操作時間

 

2
、驅動電壓

，主要是Vgs(off)

 

以下參數對開關操作引起的Vth漂移沒有影響

 

1、結溫

 

2、漏源電壓

 

3
、漏極電流

 

4
、dv/dt, di/dt

 

 

長期來看，對於給定的Vgs, 閾值漂移的主要影響在於會增加Rds(on)。通常來說
，增加Rds(on)會增加導通損耗
，進而增加結溫。在計算功率循環時
，需要把這個增加的結溫也考慮進去。

 

結溫的增加是否需要格外重視取決於實際應用及工況。在很多案例中
，即便是20niangongzuoshoumingdaoqihou，jiewendezengjiarengrankeyihulvebuji。ranerzailingyixieyingyongzhongjiewendezengjiakenengjiuhuihenzhongyao。yinci，zaizhezhongqingkuangxia，jiuxuyaogenjuxiashudeshejizhidaojinxingqudongdianyaxuanze。

 

 

通過控製門極負壓Vgs(off)，Vth漂移可以被限製在一個可接受的水平內。不論什麼情況下，關斷電壓的上限都是0V，同時
，關斷電壓的下限需要根據開通電壓

、開關頻率
、以及操作時間來選擇一個合適的值
，使Rds(on)的增加限製在一定範圍之內。

 

3.1 設計指導

 

Vth的動態漂移隨著開關次數的增加而增加
，為了好理解，總的開關次數被轉化為10年內不間斷工作（24小時/7天）的歸一化的工作頻率。知道實際工作頻率（kHz）
，目標壽命（年）
，以及工作壽命之內係統工作的百分比，歸一化的工作頻率可以通過以下公式計算

 

歸一化頻率 fsw= 實際工作頻率 fsw [kHz] ×壽命[yrs] ×工作時間占比[%] ÷ 10 [yrs]

 

使用估算得到的歸一化頻率，可以從圖1及圖2中找到最小的關斷電壓Vgs(off)下限值。圖2及圖3分別適用於Vgs(on)=15V及Vgs(on)=18V

 

圖1：Vgs(on)=15V時的最低關斷電壓Vgs(off)

 

圖2：Vgs(on)=18V時的最低關斷電壓Vgs(off)

 

可以通過以下的例子更好地理解上述計算方法。如一個光伏逆變器的典型工況：

 

1
、實際工作頻率20kHz

 

2、目標工作壽命20年

 

3、工作占比50%

 

4
、歸一化的工作頻率為20 kHz * 20 yrs. * 50% / 10 yrs. = 20 kHz

 

如果開通電壓是15V, 關斷電壓的範圍應在-3.6到0V之間（見圖1）。如果開通電壓是18V，關斷電壓的範圍應在在-4.4V到0V之間，如圖2。

 

3.2 安全工作區定義

 

製定安全工作區的最低關斷電壓的前提是：

 

1、最低推薦門極電壓-5V

 

2、在工作壽命末期
，相對於初始值
，Rds(on)增加小於15%

 

因此，在安全工作區內使用器件
，在工作壽命末期，Rds(on)增長將會小於15%.

 

Rds(on)的增量還取決於工作電流Id，和結溫Tj (如圖3)。因此
，Rds(on)的增量需要考慮最嚴苛的工況。這能夠保證Rds(on)的增加在任何工況下都不會超過15%。工況如下：

 

1、高電流：兩倍的額定電流

 

2、中等的結溫：Tj=100℃

 

圖3：不同溫度下Rds(on)的相對增長

 

通常來說


，15%的Rds(on)增量是最壞的情況。更大的增量隻可能出現在高電流和低結溫的工況中，這在實際應用中十分罕見。

 

3.3 使用18V門極電壓時的注意事項

 

為了與其它器件兼容

，CoolSiC MOSFET可以使用18V的門極電壓。

 

請注意，高於15V的門極開通電壓對於Rds(on)有兩個相反的影響

 

1
、它可以減小Rds(on)

 

2、它會加速Vth漂移效應
，意味著Rds(on)的增長會更快

 

對於一個相對比較低的工作頻率（大約小於50kHz），Rds(on)減小效應占主導地位。

 

對於比較高的工作頻率，需要采用一個較高的負壓(更接近0V)來防止Vth漂移加速。

 

需要注意的是，門極電壓18V時的短路電流要遠遠高於15V。因此器件在Vgs(on)=18V時不能達到預定的短路能力。

 

3.4 減小關斷負壓的注意事項

 

器件工作在一個較高的門極負壓時（如-2V代替-5V）,對於應用的影響很小。一些應用相關參數需要考慮如下：

 

1
、Eon 和Eoff會稍微改變

 

2、SiC MOSFET的體二極管正向壓降會降低

 

3、誤導通風險增加

，可能會增加開通損耗。如在0V關斷，較高的的關斷門極電阻，更大的門極-源極回路電感等情況中更加明顯