理解宽禁带半导体的重要性和挑战

功率电子学在现代科技领域扮演着举足轻重的角色，尤其是在可再生能源和电动交通领域。为了满足日益增长的高效率、小巧紧凑组件的需求，我们需充分认识并保证宽禁带（WBG）半导体（如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN））的可靠性。在NI Connect活动中，NI专家 Gabriel Lieser主讲了一堂关于功率电子学动态测试的研讨会，重点关注如何为这些关键半导体材料量身打造可靠性测试方案。

WBG半导体的重要性

Lieser首先强调了功率电子学在现代科技中的核心地位，尤其是在绿色能源和电动汽车（EV）领域。随着人们追求更高效率和更小型、更强大的组件，WBG材料逐渐得到广泛应用。SiC和GaN器件凭借其优越的性能，已逐步取代传统硅基器件，成为众多应用的首选。然而，这些新型材料在可靠性测试方面面临诸多挑战，需要创新性的测试方法来解决。

可靠性测试的演变

传统的可靠性测试（如适用于硅基器件的1000小时测试）无法完全适用于SiC和GaN器件，因为它们具有不同的失效机制和加速寿命因素。因此，业界急需制定专门针对WBG半导体的可靠性标准。Lieser强调，理解可靠性测试中的加速因子至关重要。例如，要在1000小时的测试中模拟20年的使用寿命，就需要根据温度、应力等因素计算出适当的加速因子。精准的测量和控制是确保测试结果真实反映长期性能的关键。

特定的失效机制

研讨会上探讨了SiC MOSFET中的栅极应力和GaN HEMTs中的湿气引发的失效等具体失效机制。Lieser分享了经过加速寿命测试的汽车级SiC MOSFET的实际数据，揭示了长时间应力后导通电阻的明显增大，这将直接影响到电动汽车的效率和性能。这些发现凸显了在可靠性评估中考虑这些新型失效模式的必要性。

温度控制与动态测试

温度控制在动态测试中占据主导地位。温度不均可能导致误判，如温度引起的阈值电压偏移。正确预处理栅极阈值电压对于获取一致且可靠的测量结果至关重要。Lieser的团队发现，不当的预处理可能导致高达100小时测试时间的测量噪声，进而扭曲测试结果。

比较分析与行业适应

Lieser展示了多家厂商生产的各类SiC MOSFET在应力下的性能对比分析，揭示了它们之间的性能差异。这种差异性突出了全面测试和表征每种器件以确保其实用可靠性的必要性。他强调，可靠性测试社区需要积极适应并发展，以应对WBG半导体所带来的挑战。通过研发新的测试方法以及深入理解SiC和GaN器件的独特失效机制，业界有望确保这些关键组件的长期可靠性。

结语

Lieser的观点为从事可靠性测试工作的专业人员提供了宝贵的指导，强调了在功率电子学快速发展的背景下，精准测量、温度控制及定制测试协议的重要性。研讨会强调，业界应致力于开发和采纳新的可靠性标准和测试方法，以应对WBG半导体所带来的独特挑战，确保其在可再生能源和电动交通等关键领域的稳定性能。