技术科普 | 功率器件环境可靠性测试的加速老化物理模型

        高温栅偏（High Temperature Gate Bias，HTGB）、高温反偏（High Temperature Reverse Bias，HTRB）、高温高湿反偏（High Humidity High Temperature Reverse Bias，H3TRB）等环境可靠性测试是进行功率器件寿命评估所需的试验。由于不同标准下的试验条件并不相同，因而理解上述环境可靠性测试采用的加速老化物理模型是十分必要的。

        温度场、湿度场和电场是老化测试的加速因子。温度场的作用是为了增大电子或空穴迁移率，增大碰撞电离或暴露污染离子，进而加速栅氧化层或钝化层老化；电场的作用是为了增大电子迁移速率或积聚污染离子，进而加速栅氧化层或钝化层老化。湿度场的作用是为了增大金属离子电化学迁移现象的速率，加快电树枝的形成，进而加速钝化层老化。一般情况下是上述电场、温度场和湿度场对功率期间进行共同作用。

        本文基于JEDEC标准简要介绍了HTGB、HTRB、H3TRB试验所采用的加速老化模型与其适用范围。

        HTGB试验对应器件栅氧化层失效的加速老化物理模型为时间相关介质击穿（Time-Dependent Dielectric Breakdown，TDDB），涉及到电场与温度场共同作用。在TDDB模型中，基于F-N隧穿效应的1/E模型与基于电偶极子交互作用的E模型以其良好的物理机理及拟合结果被广泛应用。