Degradation Analysis of SiC MOSFETs Under High Temperature Gate Bias Stress Above 200°C

材料科学 可靠性(半导体) 碳化硅 压力(语言学) 俘获 光电子学 MOSFET 阈值电压 栅氧化层 晶体管 降级(电信) 金属浇口 陶瓷 逻辑门 功率半导体器件 工程物理 负偏压温度不稳定性 宽禁带半导体 结温 功率MOSFET 氧化物 电子工程 和大门 热的 功率(物理) 电气工程 表征(材料科学) 接口(物质) 电压 电荷(物理)
作者
Zijun Luo,Qianli Lu,Zhiyuan He,Xia Luo,Jinbao Cai,Zhizhe Wang,Wenliang Jiang,Wanni Zhan,Liang He
标识
DOI:10.1109/icept67137.2025.11157043
摘要

This study addresses the reliability challenges of ceramic-packaged silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (SiC MOSFETs) under long-term high-temperature gate bias (HTGB) stress exceeding 200 °C.We systematically analyzed the degradation patterns and mechanisms of devices under HTGB stress through the characterization of key electrical parameters. HTGB was performed under a +30 V gate bias at 220 °C for 1000 hours, accompanied by periodic static parameter characterization, with particular focus on the evolution of threshold voltage (Vth). Experimental results indicate a progressive increase in on-resistance (Ron), reflected in downward-shifting output characteristics, while Vth exhibits a positive drift with aging time. This behavior is primarily attributed to charge trapping at interface traps and near-interface oxide traps. The analysis reveals that long-term positive gate bias-induced electron accumulation serves as the primary mechanism responsible for Vth variation. These results yield vital empirical insights regarding SiC power MOSFET reliability at elevated temperatures. This demonstrates that ceramic packaging substantially enhances thermal endurance and emphasizes that effective control of interface charge trapping is crucial for mitigating parameter degradation.
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