技術(shù)科普 | 功率器件環(huán)境可靠性測試的加速老化物理模型

        高溫柵偏（High Temperature Gate Bias，HTGB）、高溫反偏（High Temperature Reverse Bias，HTRB）、高溫高濕反偏（High Humidity High Temperature Reverse Bias，H3TRB）等環(huán)境可靠性測試是進(jìn)行功率器件壽命評估所需的試驗。由于不同標準下的試驗條件并不相同，因而理解上述環(huán)境可靠性測試采用的加速老化物理模型是十分必要的。

        溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)和電場(chǎng)是老化測試的加速因子。溫度場(chǎng)的作用是為了增大電子或空穴遷移率，增大碰撞電離或暴露污染離子，進(jìn)而加速柵氧化層或鈍化層老化；電場(chǎng)的作用是為了增大電子遷移速率或積聚污染離子，進(jìn)而加速柵氧化層或鈍化層老化。濕度場(chǎng)的作用是為了增大金屬離子電化學(xué)遷移現象的速率，加快電樹(shù)枝的形成，進(jìn)而加速鈍化層老化。一般情況下是上述電場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)對功率期間進(jìn)行共同作用。

        本文基于JEDEC標準簡(jiǎn)要介紹了HTGB、HTRB、H3TRB試驗所采用的加速老化模型與其適用范圍。

        HTGB試驗對應器件柵氧化層失效的加速老化物理模型為時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿（Time-Dependent Dielectric Breakdown，TDDB），涉及到電場(chǎng)與溫度場(chǎng)共同作用。在TDDB模型中，基于F-N隧穿效應的1/E模型與基于電偶極子交互作用的E模型以其良好的物理機理及擬合結果被廣泛應用。