Novel Equivalent Simulation Method and Experimental Zero Failure Verification of Optimized 650V SJ MOSFETs Under 100% Rated Voltage HTRB

材料科学 等效电路 电子工程 电压 零(语言学) 度量(数据仓库) 物理 控制理论(社会学) 计算机科学 质量(理念) 电气工程 MOSFET 可靠性(半导体) 电容器 电容 工程类
作者
Daoming Shen,Hongyan Ge,Jie Zhang,Bo Zhang,Ming Qiao
标识
DOI:10.1109/ispsd64561.2026.11553899
摘要

In this work, the reliability issues of automotive-grade super junction MOSFETs (SJ MOSFETs) under 100% rated voltage high temperature reverse bias (HTRB) stress are investigated. While conventional devices pass the standard 80% rated voltage test, they exhibit random cell burnout failures under 100% stress. To address this, a novel equivalent HTRB (EQ-HTRB) TCAD simulation method is proposed, which successfully reproduces the failure mechanism and reveals the dynamic electric field shift towards the substrate, induced by high internal leakage current, is the root cause. Based on the buffer layer electric field modulation mechanism derived from the proposed simulation method, a multi-layer buffer structure with a smooth doping transition is designed to suppress the electric field shift. Experimental results demonstrate that the optimized device achieves a 0% failure rate (0/45) after 1000 hours of HTRB stress at 100% rated voltage (VDS= 650 V, T = 150 °C). Furthermore, critical parameters, including threshold voltage (Vth), on-resistance (Ron), and breakdown voltage (BVDSS), show negligible degradation after the stress test, verifying the robustness of the proposed structure.
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