SiC 的阈值电压Vth漂移分析以及带来的影响

碳化硅SiC MOSFET的阈值电压稳定性相对Si材料来讲，是比较差的，对应用端的影响也很大。

有什么现象呢，主要是阈值电压的漂移，再说得直白点，就是阈值电压会随着栅极应力的施加而变化，在正的栅压下，阈值电压会变大，在负的栅压下，阈值电压会变小。在高温下更明显。

在高温和负的栅压下这种偏移我们称为“负偏压温度不稳定性NBTI”，图1是200℃和-20V偏压应力下的阈值电压变化。从图中可以看出，器件在负偏压应力下，器件阈值电压逐渐下降，并且随着时间的增加，下降很明显，在200℃下的阈值电压甚至下降为负值！（红线表示阈值电压，可以看到，1000s之后，器件的阈值电压从+1.8V变成了-1V，也就说，器件这个时候变成常开的了，这个对器件的使用影响是非常大的，使得误导通风险变大。

图1-200℃和-20V偏压应力下的阈值电压变化

既然有负的BTI，自然也有正的BTI（正偏压温度不稳定性，即PBTI），图2是200℃，+20V栅极偏置应力下的阈值电压变化图。从图中可以看出，在正偏压应力下，高温和时间的共同作用下，器件的阈值电压慢慢升高，当然，这个升高相对来讲比较弱。我们知道跨导正比于（Vgs-Vth），阈值电压Vth变大，跨导变小，Rdson就增大，器件损耗升高。

图2-200℃和+20V栅极偏置应力下的阈值电压变化

总的来说，影响Vth漂移的参数主要包括：1）开关次数，包括开关频率与操作时间；2）驱动电压。而结温、漏源电压、漏极电流、dv/dt、di/dt对Vth漂移没有影响。

长期来看，对于给定的Vgs, 阈值漂移的主要影响在于会增加Rds(on)。通常来说，增加 Rds(on)会增加导通损耗，进而增加结温。在计算功率循环时，需要把这个增加的结温也考虑进去，会对总的损耗有轻微影响。而Vth漂移对器件的耐压能力、器件的可靠性等级不会产生影响。