半导体市场的最新趋势是碳化硅（SIC）器件的广泛应用，包括用于工业和汽车应用的肖特基势垒二极管（sbd）和功率mosfet。同时，由于可供分析的现场数据有限，这些器件的长期可靠性问题也成为亟待解决的热点问题。一些碳化硅供应商已经开始按照严格的工业和汽车标准对碳化硅器件进行认证，而另一些供应商不仅超出了这些认证标准的要求，而且还提供了恶劣环境耐受性测试的数据。为了在任务和安全关键应用中保持SiC器件的高穿透率，必须将这种认证和测试策略与特定的设计规则结合起来，以实现高的雪崩容限。

    碳化硅功率器件市场增长迅速

    未来几年，碳化硅功率器件的市场份额预计将加速增长，主要受交通运输业电气化的推动。SiC芯片将成为车载充电器和动力传动牵引系统应用模块的基本组成部分。由于雪崩击穿的高临界电场，高压SiC器件的形状比同类硅器件小得多，可以在更高的开关频率下工作。SiC的热性能也很好。它不仅具有良好的散热性能，而且可以在高温下工作。实际上，最高工作温度通常是175℃℃°C.很少超过200°C.主要限制是装配工艺（焊接金属和包装材料）。本质上，SiC器件比硅器件效率更高。切换到SiC芯片可以大大减少模块中单个芯片的数量。

    随着SiC器件从小众市场向主流市场的转变，与量产斜坡效应相关的主要挑战逐渐被克服。为了方便地实现这一转变，制造商们正在建设SiC生产线，可以与现有的硅生产线共享工具。这种安排可以有效地降低碳化硅模具的成本，因为它可以与硅生产线分担成本。随着晶圆供应商大幅度提高产能，近期晶圆供应受限已不再是问题。由于4H-SiC基片和外延生长技术的不断改进，目前已经可以获得具有极低晶体缺陷密度的高质量6英寸晶片。根据电参数测试，硅片质量越高，SiC器件的输出越高。

    高抗雪崩器件设计

    除了采用适当的测试程序外，一级UIs公差还需要以下一套设计规则：

    高压终端设计具有足够高的固有击穿电压，以确保有效区首先进入雪崩状态。在这种情况下，能量分散在整个有效区域，而不是在狭窄的终端，这会导致过早失效。

    MOSFET的JFET区的电场屏蔽对保护栅氧化层非常重要。用于定义JFET区域的p型掺杂阱的设计和注入方案应仔细优化，以在不严重影响导通电阻的情况下提供足够的屏蔽。

    具有高导热性的钝化材料提供了一条通过堆芯顶部散热的路径。

    用这些规则设计的肖特基二极管和功率mosfet在恶劣环境耐受性测试中表现良好。SBD试验一直持续到单脉冲和重复UIS失效，并监测了多个直流参数。测试结果表明，该器件的正向电压和反向漏电流非常稳定，而反向击穿电压略有上升，这与SiC上表面附近的自由载流子俘获有关。失效前的脉冲能量如图所示。随着额定电压的增加，UIs的容限增大。由于大部分热量是在外延区产生的，这种趋势不难解释。随着外延层厚度随额定电压的增加而增加，单位体积产生的热量减少，进而降低了器件的温度。由于反复试验，UIs的耐受性会有系统的下降，但幅度很小。与单脉冲UIS相比，差异小于10%。多个UIs脉冲没有很强的累积效应，因此预计SBD将在现场运行期间保持较高的耐受性。

    在分析MOSFET在恶劣环境下的容限特性时，应强调栅氧化层的长期可靠性，不需要对器件施加压力而导致器件失效。作为替代方法，可以使用由100000个相对低能量脉冲组成的重复试验。例如，MICROSEMI1200V/40mΩ根据雪崩容限原则设计了MOSFET，并用100mj脉冲进行了测试。其单脉冲UIs额定值为2.0j。大多数直流参数不受影响，然而，由于本试验施加在栅极氧化物上的压力，观察到栅极泄漏适度增加。为了确定长期可靠性是否受到损害，我们对器件施加了时变介质击穿。图显示了对各种器件的栅极施加50%的电压µ直流电流，包括MICROSEMISiC器件，采用该公司的雪崩容限规则开发，以及其他三家领先供应商的器件。

    当SiC器件应用于工业和汽车市场时，需要满足严格的长期可靠性要求。满足这些要求的最佳策略是使产品通过汽车aec-q101标准认证，并分析非标准化极限环境容限试验的特点。应用设计规则以实现高雪崩容限也很重要。这些措施结合使用，不仅有助于保证SiC器件继续走在快速普及的道路上，而且提供了这些应用所需的长期可靠性。

    无锡国晶微半导体技术有限公司是宽禁带第三代半导体碳化硅SiC功率器件、氮化镓GaN光电器件以及常规集成电路研发及产业化的高科技创新型企业，从事碳化硅场效应管，碳化硅肖特基二极管、GaN光电光耦继电器、单片机集成电路等产品芯片设计、生产与销售并提供相关产品整体方案设计配套服务，总部位于江苏省无锡市高新技术开发区内，并在杭州、深圳和香港设有研发中心和销售服务支持中心及办事处。

    公司具有国内领先的研发实力，专注于为客户提供高效能、低功耗、低阻值、品质稳定的碳化硅高低功率器件及光电集成电路产品，同时提供一站式的应用解决方案和现场技术支持服务，使客户的系统性能优异、灵活可靠，并具有成本竞争力。

    公司的碳化硅功率器件涵盖650V/2A-100A，1200V/2A-90A，1700V/5A-80A等系列，产品已经投入批量生产，产品完全可以对标国际品牌同行的先进品质及水平。先后推出全电流电压等级碳化硅肖特基二极管、通过工业级、车规级可靠性测试的碳化硅MOSFET系列产品，性能达到国际先进水平，应用于太阳能逆变电源、新能源电动汽车及充电桩、智能电网、高频电焊、轨道交通、工业控制特种电源、国防军工等领域。由于其具有高速开关和低导通电阻的特性，即使在高温条件下也能体现优异的电气特性，大幅降低开关损耗，使元器件更小型化及轻量化，效能更高效，提高系统整体可靠性，可使电动汽车在续航里程提升10%，整车重量降低5%左右，并实现设计用充电桩的高温环境下安全、稳定运行。

    特别在高低压光耦半导体技术方面更是拥有业内领先的研发团队。在国内创先设计开发了28nm光敏光栅开关PVG芯片技术，并成功量产应用于60V、400V、600V高低压、低内阻、低电容的光电耦合继电器芯片、涵盖1500kVrmsSOP超小封装及3750kVrms隔离增强型常规SMD、DIP等不同封装，单路、双路、混合双路、常开常闭等电路产品，另包括200VSOIMOS/LIGBT集成芯片、100VCMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit单片机等集成电路产品，均获得市场及各重点科研单位、检测机构的新产品认定。

    公司核心研发团队中大部分工程师拥有硕士及以上学位，并有多名博士主持项目的开发。公司建立了科技创新和知识产权管理的规范体系，在电路设计、半导体器件及工艺设计、可靠性设计、器件模型提取等方面积累了众多核心技术，拥有多项国际、国内自主发明专利。

    “国之重器，从晶出发，自强自主，成就百年”是国晶微半导体的企业目标，我们为员工提供精彩的发展空间，为客户提供精良的产品服务，我们真诚期待与您携手共赢未来。