高温栅偏测试HTGB

试验原理与目的

1.  核心机制：

a.  在高温（如150~175℃）下对栅极施加恒定正偏压（如+20V）或负偏压（如-5V），同时保持漏-源极短路（VDS=0V），通过加速电荷注入、界面态生成及氧化层退化，模拟器件长期工作的极端条件。正偏压（VGS>0）：电子注入栅氧化层，导致阈值电压（VGS(th)）正向漂移。

b.  负偏压（VGS<0）：空穴注入，阈值电压负向漂移，可能引发漏电流增加。

2.  测试目的：

a.  栅极介电层完整性：检测氧化层缺陷、界面态密度（Dit）及电荷陷阱效应。

b.  可靠性验证：评估器件在高温高电场下的寿命、抗老化能力及失效模式。

c.  工艺优化：筛选栅氧生长、钝化工艺（如氮元素掺杂）的优劣。

测试方法与流程

1. 测试条件

● 温度（Tj）：通常为150℃或175℃（根据产品datasheet），需通过热阻计算确保结温达标。

● 偏置电压（VGS）：正偏压：典型值+15V~+25V（如SiC MOSFET的VGS_max=20V）。

○ 负偏压：典型值-5V~-10V（如-5V用于模拟开关瞬态应力）。

● 测试时长：标准168小时（7天），车规级可能延长至1000小时 。

2. 关键步骤

1.  预处理：消除器件初始迟滞效应（如通过短时应力循环）。

2.  初始参数测试：记录阈值电压（VGS(th)）、栅漏电流（IGSS）、导通电阻（RDS(on)）等。

3.  高温偏置：在恒温箱内施加VGS并保持VDS=0V，持续监控漏电流及温度漂移。

4.  中间监测：在6h、24h、48h等节点暂停测试，测量参数变化（动态评估退化趋势）。

5.  最终测试与失效判定：对比老化前后参数，若阈值电压偏移>10%或漏电流超标则判定失效 。

核心标准与设备

1.  国际标准：

a.  JESD22-A108（通用高温栅偏测试方法）。

b.  AQG324（车规级功率模块可靠性标准，涵盖HTGB）。

c.  IEC 60747-8（分立器件可靠性评估）。

2.  设备要求：

a.  温度控制：±1℃精度，支持结温（Tj）模拟或直接测量（如通过热敏参数推算）。

b.  电源系统：多通道独立控制，支持正/负偏压切换，漏电流检测灵敏度≤1nA。

c.  数据采集：实时记录温度、电压、漏电流等参数，支持自动化分析。

与其他可靠性试验的关联

● HTRB（高温反偏）：侧重钝化层及芯片边缘密封性，检测离子污染迁移。

● H3TRB（高温高湿反偏）：引入湿度应力，评估封装材料透湿性及界面腐蚀风险。

● HTGB的独特价值：聚焦栅极介电层与界面态，直接关联器件开关特性及长期稳定性。