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【精彩论文】功率器件高温高湿高压反偏测试研究综述
观点凝练
摘要：户外工况下，功率器件寿命受高湿环境中的水汽侵蚀缩短。用于考核湿度可靠性的传统高温高湿反偏测试最大值80V偏压已不能满足高压大功率器件加速老化测试需求，高温高湿高压反偏测试（high-voltage high humidity high temperature reverse bias test, HV-H3TRB）近年来得以开展。然而，相关研究进展慢、存在的关键问题不明等使得研究发展方向不甚明朗。首先从基本原理出发，详细论述水汽侵入功率器件、腐蚀芯片表面的机理。进一步地，针对研究对象与方法、器件失效分析、电气量老化特征等3个方面对已有研究现状进行论述与总结。最后，根据老化前后器件结构变化，总结芯片层终端、钝化层、封装材料的抗湿优化设计，并指出相关研究后续发展方向。
结论：（1）HV-H3TRB老化引起器件失效，其原因有2点。一方面器件受水解反应、金属离子电化学迁移与沉积形成的短路通道影响，阻断特性劣化；另一方面器件受暴露的离子污染物影响，钝化层表面电荷增大，引起终端内电场畸变，阻断特性劣化。Si IGBT器件失效过程由三阶段构成，SiC MOSFET器件失效过程尚不明确，高温高湿环境对SiC MOSFET器件阻断特性存在优化作用。
（2）击穿电压、阻断漏电流是器件失效判定的重要指标，栅极漏电流、阈值电压、饱和压降、结电容特性、绝缘电阻及极化指数受老化影响变化。饱和压降可反映铝层的腐蚀，未来可能作为器件失效判定标准。
（3）终端、钝化层表面是器件失效点，终端结构优化以均匀电场分布的设计，钝化层结构优化以提高抗湿、抗污染离子的设计，封装材料优化以提高抗湿能力的设计是目前解决器件高温高湿高压老化失效问题的发展方向。
（4）IGBT器件的失效源于金属离子的ECM过程、铝层的腐蚀，以及电场及电荷的分布畸变。HV-H3TRB作用点在于钝化层或封装材料中的可动离子，研究现状表明：对SiC器件的失效研究不够充分、电气量变化特征及其原因不明、相关结构抗湿性能亟待加强等。因此，HV-H3TRB老化测试未来有如下发展方向：SiC器件的失效机理研究；HV-H3TRB老化对器件各电气量的影响；钝化层及封装材料中可动离子受老化的影响及其改进措施。
引文信息
王延浩, 邓二平, 黄永章. 功率器件高温高湿高压反偏测试研究综述[J]. 中国电力, 2020, 53(12): 18-29.WANG YanHao, DENG Erping, HUANG Yongzhang. A review of reverse bias test for power device in high temperature, high humidity and high voltage conditions[J]. Electric Power, 2020, 53(12): 18-29.往期回顾
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编辑：杨彪
审核：方彤
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