碳化硅SiC MOSFET的閾值電壓穩(wěn)定性相對Si材料來講，是比較差的，對應用端的影響也很大。

有什么現(xiàn)象呢，主要是閾值電壓的漂移，再說得直白點，就是閾值電壓會隨著柵極應力的施加而變化，在正的柵壓下，閾值電壓會變大，在負的柵壓下，閾值電壓會變小。在高溫下更明顯。

來源：UESTC 侯子婕

在高溫和負的柵壓下這種偏移我們稱為“負偏壓溫度不穩(wěn)定性NBTI”，上圖是200℃和-20V偏壓應力下的閾值電壓變化。

圖中所示，器件在負偏壓應力下，器件閾值電壓逐漸下降，并且隨著時間的

增加，下降很明顯，在200℃下的閾值電壓甚至下降為負值?。t線表示閾值電壓，可以看到，1000s之后，器件的閾值電壓從+1.8V變成了-1V，也就說，器件這個時候變成常開的了，這個對器件的使用影響是非常大的。如果是逆變器的上下管，這個時候直接就誤導通了）

既然有負的BTI，自然也有正的BTI（正偏壓溫度不穩(wěn)定性），上圖是200℃，+20V柵極偏置應力下的閾值電壓變化圖。從圖中可以看出，在柵壓，高溫和時間的共同作用下，器件的閾值電壓慢慢升高，當然，這個升高相對來講比較弱。

BTI（NBTI/PBTI）有什么危害？

閾值電壓變小，使得誤導通風險變大。

閾值電壓變大，我們知道跨導正比于（Vgs-Vth），Vth變大，跨導變小，Rdson就增大，器件損耗升高。

閾值電壓漂移的原理是什么？目前主要的解釋有兩方面：內(nèi)在的和外在的。

外在的原因解釋是半導體制造過程中，會不可避免地引入可動離子（Nm），主要是鈉和鉀，通常在200 ℃左右，可動離子被激活，在電場的驅(qū)動下產(chǎn)生遷移，影響Vth 的漂移。

內(nèi)在的原因主要是界面陷阱和氧化物陷阱，SiC MOSFET 中的陷阱類缺陷引起器件不穩(wěn)定性所遵循的物理機制是氧化層陷阱的電荷俘獲隧穿模型。

2012 年，美國學者Lelis 等人提出了這一模型，并分析了隧穿運動的兩種類型[39]。第一種類型，兩步隧穿機制，即在施加外界影響因素后，載流子首先被界面陷阱捕獲，然后隧穿過SiC/SiO2 界面，載流子被釋放到氧化物一側(cè)后，再被氧化物陷阱捕獲，氧化物陷阱處于充電狀態(tài)，或者反過來，載流子由氧化物一側(cè)隧穿回到溝道中，氧化物陷阱處于放電狀態(tài)。

其中，界面態(tài)中的快態(tài)陷阱和慢態(tài)陷阱都會具有隧穿的作用，作為“中介”輔助載流子隧穿到氧化物中被陷阱俘獲；第二種類型，直接隧穿機制，即溝道載流子可以不通過界面陷阱這一“中介”，有一定的概率可以直接通過SiC/SiO2 界面進出SiO2 一側(cè)，從而引起Vth 漂移。

如何降低Vth漂移的影響？

1：設計階段提升器件的柵壓。

2：使用時降低柵極應力，比如使用較小絕對值的負壓。