三菱电机SiC MOSFET的可靠性测试
SiC 和Si 各自具有不同的物理特性和性能，因此需要不同的质量保证策略。 Si器件基于成熟的技术实现了稳定的质量，而SiC则需要更严格的质量控制和可靠性测试，以充分发挥其作为高性能器件的特性。
近年来，SiC（碳化硅）功率半导体因其在电力电子系统中实现高性能和高效率的潜力而受到广泛关注。与Si相比，SiC的优点是单极器件结构和优异的物理性能，并且可以大大降低功率模块的损耗。表1比较了Si和SiC的材料特性。由于SiC材料的禁带宽度较宽，因此具有较高的击穿电场强度，适合高温工作。另外，其导热系数比Si更高，散热性能更好。
表1：Si材料与SiC材料物理性能对比
如表1所示，虽然SiC在性能上优于Si，但它也存在Si所不具备的晶体缺陷和栅氧化膜可靠性等问题。图1 显示了SiC 和Si 各自随时间变化的故障率（浴盆曲线）。由于SiC晶圆具有更多的晶体缺陷和更高的内部电场强度，与Si相比，SiC在早期失效阶段的失效率不可避免地呈现出更高的趋势。
图1：Si和SiC的故障率与时间的关系曲线
为了确保SiC达到与Si相同的质量和可靠性水平，我们通过独特的老化测试来提高其质量。本次老化测试主要关注栅极氧化膜的质量和SiC衬底的质量。栅极氧化膜引起的失效模式包括氧化膜形成异常引起的栅极漏电流异常、氧化膜界面载流子陷阱引起的栅极阈值电压(VGS(th))波动等。因此，保证栅极氧化膜的质量被认为是最重要的问题。针对该课题，我公司根据大量积累的数据，如栅极氧化膜寿命的电压加速特性、故障和特性变化的检测技术、先进的概率统计分布计算的结果等，优化了老化测试条件，从而确保我们的SiC功率半导体能够满足客户可以放心使用的质量标准。图2显示了老化测试后Si和SiC故障率随时间变化的比较。经过老化测试，质量达到了与Si相当的水平。因此，我们的SiC功率器件已率先应用于全球质量要求严格的轨道交通车辆主变流器器件，并具有良好的市场表现。
图2：Si和SiC的失效率与时间曲线（加速老化测试后）
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关于三菱电机三菱电机成立于1921年，是世界知名的综合性企业。截至2025年3月31日的财年，该集团的收入为55,217亿日元（约合368亿美元）。作为一家技术先导型企业，三菱电机拥有多项专利技术，凭借雄厚的技术实力和良好的企业信誉，在全球电力设备、通信设备、工业自动化、电子元件、家电等市场占据重要地位。尤其是在电子元件市场，三菱电机从事半导体的开发和生产已有69年的历史。其半导体产品广泛应用于变频家电、轨道交通、工业及新能源、电动汽车、模拟/数字通信、有线/无线通信等领域。
