SiC 功率 MOSFET老化檢測在提高可靠性、評估閾值電壓穩(wěn)定性、揭示失效機理等方面具有重要作用。近期，第十屆國際第三代半導體論壇&第二十一屆中國國際半導體照明論壇（IFWS&SSLCHINA2024）在蘇州召開。期間，“碳化硅功率器件及其封裝技術 I”分會上，加拿大多倫多大學電氣與計算機工程系教授吳偉東做了“SiC 功率 MOSFET老化檢測智能柵極驅動器”的主題報告，分享了相關研究進展。
吳偉東
加拿大多倫多大學電氣與計算機工程系教授
隨著功率 MOSFET 的老化，閾值電壓 (VTH)、輸入電容 (CISS)、體二極管壓降 (VBD) 會發(fā)生變化。漏電流 (ID)、通態(tài)漏源電阻 (RDS,ON) 和柵極漏電流 (IGSS) 也隨之下降。因此，許多此類老化指標可以作為提示柵極驅動電路的一部分，并用于晶體管的“健康”監(jiān)測。
報告介紹了一種集成智能柵極驅動器，該驅動器能夠在運行中檢測 SiC 功率 MOSFET 的老化。柵極驅動器 IC 監(jiān)測柵極電壓斜率，以確定開啟期間米勒平臺的開始時間。該時間可用作老化指標，以檢測由于閾值電壓變化導致的米勒平臺的變化。柵極驅動器內的數碼中央控制單元 (CCU) 可以根據老化引起的變化調整柵極驅動曲線和柵極驅動總線電壓 (VDR)。一個經過 200 小時的200 ºC 高溫柵極偏壓 (HTGB)，VDR,stress = 30 V，1.2 kV、75A 的SiC 晶體管, 會引起老化導致 ID 下降 1.5%。如果 VDR 可以增加 0.5 V, ID 會恢復到老化前的水平。這是通過調整晶片上數字脈沖寬度調制 (PWM) 的DC-DC升壓轉換器來實現的。
嘉賓簡介
吳偉東教授現就職于多倫多大學 Edward S. Rogers 電氣與計算機工程系。他也是多倫多納米制造中心 (TNFC) 的主任。吳教授是一個公認功率半導體器件和智能功率集成電路領域的研究員。他的研究小組展示了許多世界首創(chuàng)的創(chuàng)新設計，包括具有可調整大小輸出級的數字可重構 DC-DC 功率轉換器 [ISPSD 2006], Superjunction功率 FinFET [IEDM 2010] 以及一系列用于絕 IGBT, 碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 功率晶體管的智能柵極驅動器集成電路。目前，吳教授團隊正積極推動數字可重構柵極驅動電路的研究，以改善 GaN 和 SiC 功率晶體管的開關特性。其中包括許多新穎的功能，例如死區(qū)時間校正、間接電流感應、抑制電磁干擾 (EMI) 的動態(tài)驅動強度、智能功率模塊 (IPM) 的液冷封裝等。
