SiC 功率 MOSFET老化检测在提高可靠性‌、评估阈值电压稳定性、揭示失效机理等方面具有重要作用。‌‌近期，第十届国际第三代半导体论坛&第二十一届中国国际半导体照明论坛（IFWS&SSLCHINA2024）在苏州召开。期间，“碳化硅功率器件及其封装技术 I”分会上，加拿大多伦多大学电气与计算机工程系教授吴伟东做了“SiC 功率 MOSFET老化检测智能栅极驱动器”的主题报告，分享了相关研究进展。

吴伟东

加拿大多伦多大学电气与计算机工程系教授

随着功率 MOSFET 的老化，阈值电压 (V_TH)、输入电容 (C_ISS)、体二极管压降 (V_BD) 会发生变化。漏电流 (I_D)、通态漏源电阻 (R_DS,ON) 和栅极漏电流 (I_GSS) 也随之下降。因此，许多此类老化指标可以作为提示栅极驱动电路的一部分，并用于晶体管的“健康”监测。

报告介绍了一种集成智能栅极驱动器，该驱动器能够在运行中检测 SiC 功率 MOSFET 的老化。栅极驱动器 IC 监测栅极电压斜率，以确定开启期间米勒平台的开始时间。该时间可用作老化指标，以检测由于阈值电压变化导致的米勒平台的变化。栅极驱动器内的数码中央控制单元 (CCU) 可以根据老化引起的变化调整栅极驱动曲线和栅极驱动总线电压 (V_DR)。一个经过 200 小时的200 ºC 高温栅极偏压 (HTGB)，V_DR,stress = 30 V，1.2 kV、75A 的SiC 晶体管, 会引起老化导致 I_D 下降 1.5%。如果 V_DR 可以增加 0.5 V, I_D 会恢复到老化前的水平。这是通过调整晶片上数字脉冲宽度调制 (PWM) 的DC-DC升压转换器来实现的。

嘉宾简介

吴伟东教授现就职于多伦多大学 Edward S. Rogers 电气与计算机工程系。他也是多伦多纳米制造中心 (TNFC) 的主任。吴教授是一个公认功率半导体器件和智能功率集成电路领域的研究员。他的研究小组展示了许多世界首创的创新设计，包括具有可调整大小输出级的数字可重构 DC-DC 功率转换器 [ISPSD 2006], Superjunction功率 FinFET [IEDM 2010] 以及一系列用于绝 IGBT, 碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 功率晶体管的智能栅极驱动器集成电路。目前，吴教授团队正积极推动数字可重构栅极驱动电路的研究，以改善 GaN 和 SiC 功率晶体管的开关特性。其中包括许多新颖的功能，例如死区时间校正、间接电流感应、抑制电磁干扰 (EMI) 的动态驱动强度、智能功率模块 (IPM) 的液冷封装等。