功率肖特基二极管的可靠性研究

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肖特基二极管(SBD)作为中、低功率DC/DC电源模块内整流器件的主要选择,广泛应用于航空航天和舰载武器装备中。由于工作中SBD的高功耗以及由此引起的自升温,其可靠性受到严重影响,是电源模块中最容易失效的器件之一。目前对SBD进行可靠性评价主要是依照国军标548A、美军标1016等恒定应力加速寿命试验评价方法,其缺点为所需的样品较多、时间较长、费用高、效率低,不适于快速评估目前可靠性要求较高的SBD器件。而恒定电应力温度斜坡法(CETRM)能够很好的解决上述问题。 本文使用恒定电应力温度斜坡法(CETRM)评价了DC/DC电源模块中关键器件SBD的可靠性,主要进行了以下三方面的工作: (1)在高温条件下,通过测得SBD在高温环境下的I-V特性曲线,提取出各支管子的理想因子n和势垒高度φB这两个主要参数,得出SBD的理想因子n随着温度的增加而减小,势垒高度φB随着温度的增加而增加的结论;通过SBD在高温环境下的C-V特性曲线,提取出各支管子势垒高度φB,得出的势垒高度φB随着温度的增加而减小。这个变化趋势与通过I-V特性曲线提取出的势垒高度的变化刚好相反。 (2)利用红外热像仪对SC070H150A SBD正、反向工作时的芯片表面温度扫描。虽然SBD在反向工作时,流经SBD的反向电流很小,但反向工作时SBD的芯片表面温度分布不均匀,局部的峰值温度超过SBD正向工作时的芯片温度。所以SBD在反向工作时的失效不容忽视。 (3)利用温度斜坡法模型,对SC070H150A SBD进行直流电应力、序进温度应力加速寿命试验,得到SBD反向漏电流IR、势垒高度φB以及理想因子n的退化曲线,确定出失效敏感参数为反向漏电流IR,并在失效机理一致的温度范围内求出了3只样品的失效激活能:EC1=1.02eV,EC3=0.98eV,EC4=1.07eV;外推出室温工作时样品的寿命分别为tC1=8.98×107 hr,tC3=4.8×107 hr,tC4=3.65×107 hr。证明了温度斜坡法可以用于预测大功率SBD的寿命。 (4)分析SBD退化原因如下:高温下SBD特性退化的主要原因为钠离子沾污使保护环内形成一个反型层;SBD在加速寿命试验中特性退化的主要原因是Al-Si界面处出现Si向Al中的固态溶解。通过对失效的SBD进行光发射显微镜扫描,发现SBD在反向电压下保护环处电场高,容易发生失效。
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