宇宙辐射对OBCDCDC中高压SiCSi器件的影响及评估_技术

摘要：
本文介绍了在车载OBC,高压转电压DCDC应用中宇宙辐射对高压功率半导体器件可靠性的影响，评估。

关键词： OBC；DCDC；宇宙辐射；FIT

引言：
汽车行业发展创新突飞猛进，车载充电器（OBC）与DCDC转换器（HV-LV DC-DC）的应用因此也迅猛发展，同应对大多数工程挑战一样，设计人员把目光投向先进技术，以期利用现代超结硅（Super JuncTIon Si）技术以及碳化硅（SiC）技术来提供解决方案。在追求性能的同时，对于车载产品来说，可靠性也是一个重要的话题。

在车载OBC/DCDC应用中，高压功率半导体器件用的越来越多。对于汽车级高压半导体功率器件来说，门极氧化层的鲁棒性和宇宙辐射鲁棒性是可靠性非常重要的两点。

宇宙辐射很少被提及，但事实是无论什么技术的高压功率半导体器件都会受辐射导致几ns的瞬态失效，并且很难定位到是宇宙辐射的原因。许多功率半导体应用要求单一器件失效率在1-100FIT甚至更低，因此在高压汽车应用里，宇宙辐射的影响需要被认知并得到重视。

因此本文将针对双向OBC/DCDC这个应用，阐述宇宙辐射的影响以及评估系统可靠性的方法。

一、宇宙辐射对可靠性影响机理

1. 汽车级高压器件可靠性的主要因素

汽车级高压（650V以上）器件的FIT率主要受门级氧化层鲁棒性和宇宙辐射鲁棒性影响。门极氧化层的处理，SiC器件与Si器件由于材料硬度，带隙，陷阱密度等的不同导致处理难度不同。尽管如此英飞凌在SiC方面做出了很多的努力与研究使得门极氧化层鲁棒性已经达到了很高的水平。

在SiC和Si中，由宇宙辐射引起的失效率随入射时器件中存在的电场呈指数级增长。具有相似电场的器件失效率也相似。在过去的几十年中进行了许多加速试验，这些试验表明，当施加的电压被归一化为实际雪崩击穿电压时，由宇宙射线诱发的失效率相似。就宇宙射线导致的基本失效机制及其与运行条件的关系而言，Si技术与SiC 技术之间只有相当细微的差异。一般而言，垂直型功率器件可以设计更高的雪崩击穿电压，从而可以通过更大的厚度和更低的漂移层或基底层掺杂来实现更强的抗宇宙辐射能力。