功率MOSFET壽命模型綜述

查曉明，劉悅遐，黃 萌，劉 懿

（武漢大學電氣工程學院，武漢430072）

功率MOSFET壽命模型綜述

查曉明，劉悅遐，黃 萌，劉 懿

（武漢大學電氣工程學院，武漢430072）

MOSFET是實現(xiàn)電力電子裝置功能的核心器件，但其壽命短是制約電力電子系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。由老化造成的MOSFET失效分為封裝失效和參數(shù)漂移失效，前者由MOSFET制造工藝及材料導致的缺陷在工作環(huán)境中惡化而產(chǎn)生，后者為器件在使用過程中其內(nèi)部微觀退化機制在宏觀參數(shù)的體現(xiàn)。對目前已有的MOSFET壽命相關(guān)的研究成果進行總結(jié)，分析了MOSFET的各類失效模式，并建立了各類失效模式下MOSFET壽命模型；并進一步總結(jié)了各類失效模式下壽命模型的失效判據(jù)及其各類壽命預測模型實驗驗證方法。

MOSFET；壽命模型；封裝失效；參數(shù)漂移失效

引言

金屬-氧化物半導體場效應(yīng)晶體管MOSFET（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）具有電阻低、驅(qū)動耗散功率小等特點，其高頻特性更是滿足了逆變器的需求，在中小功率等級電能轉(zhuǎn)換被廣泛應(yīng)用，是實現(xiàn)電力電子裝置基本功能的核心器件［1］。SiC技術(shù)的出現(xiàn)進一步擴展了MOSFET的應(yīng)用范圍［2-3］。因此，相比其他器件，MOSFET在電力電子裝置中占據(jù)重要地位。研究表明功率開關(guān)器件的老化失效導致電力電子系統(tǒng)故障的比例高達34%，其壽命嚴重限制了整個電力電子系統(tǒng)的可靠性［4-6］。功率MOSFET的老化失效會惡化電力電子裝置的輸出電能質(zhì)量，甚至危害整個系統(tǒng)的安全運行［7］。因此，分析MOSFET失效機理，建立其壽命模型具有重要意義。

MOSFET的老化失效可大致分為兩類：封裝失效和參數(shù)漂移失效［8］。……