可靠性试验背景 ——

SiC功率器件凭借其高压、高频、高温和高功率密度的材料特性，在高效电能转换领域有巨大的市场。其中SiC MOSFET的发展最引人关注，可广泛应用于电源、光伏和新能源汽车等领域。

对MOSFET器件来说，栅氧可靠性水平是评测器件可靠性的重要部分。因此，SiC想要取代Si的应用，满足工业级以及车规级的可靠性需求，对SiC功率器件栅氧可靠性的探究是必不可少的。与Si材料相比，SiC材料具有更大的禁带宽度，因此2种材料的栅氧界面性质也有所不同，失效机制和检测方法也会不同。

TDDB(time-dependent dielectric breakdown)作为一种评测栅氧可靠性的实验方法，可以检测&评价MOSFET的栅氧质量，同时基于实验数据还可以建立栅氧使用寿命预测模型、栅氧不良品筛选模型等，满足器件的可靠性要求。

SiC MOSFET栅氧失效机理

　对当前市面上满足高压应用的SiC功率器件来说，栅氧厚度普遍大于5nm，因此失效时不存在所谓的软击穿现象，为硬击穿。

其中，硬击穿的失效机理可分为内在失效(intrinsic failure)和外在失效(extrinsic failure)。

内在失效是由于固有缺陷导致的，即不存在任何外在缺陷，栅氧质量水平取决于材料本身（SiC/SiO2界面）；外在失效是由非固有缺陷造成的，可理解为在SiC/SiO2界面处或SiO2内部，由于微观瑕疵或缺陷引起的失效。

关于器件早期的失效原因是内在失效还是外在失效，一直饱受争论。

关于内在失效的机理，存在部分猜想：

对于相同电场，SiC MOSFET中的Fowler-Nordheim隧穿电流要比Si MOSFET高得多，因为SiC和SiO2之间的导带偏移小于Si和SiO2之间的导带偏移。

如图所示，在Si-SiO2界面中，导带偏移为3.2eV，而4H-SiC的导带偏移仅为2.7eV。二者在偏移量上0.5eV的差异使得相同电场下，4H-SiC/SiO2界面Fowler-Nordheim隧穿电流比Si/SiO2界面相应的Fowler-Nordheim隧穿电流大1.5倍。

然而，对于栅氧厚度为几十纳米范围内的器件，可以忽略这一点。对SiC MOSFET来说，Eox<3-5MV/cm时栅极隧穿电流可以忽略不计。因此这一猜想是不成立的。

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