功率电子学在现代技术进步中起着至关重要的作用，特别是在可再生能源和电动交通领域。随着对更高效率和更紧凑组件的需求不断增加，了解和确保宽禁带（WBG）半导体（如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN））的可靠性变得尤为重要。在NI Connect上，NI的功率半导体可靠性研究主管Gabriel Lieser主持了一场关于功率电子学动态测试的研讨会，重点是为这些关键的半导体材料开发定制的可靠性测试。

WBG半导体的重要性

Lieser强调了功率电子学在现代技术中的关键作用，特别是在绿色能源和电动汽车（EV）中。向更高效率和更小、更强大组件的转变推动了WBG材料的采用。SiC和GaN器件因其优于传统硅基器件的卓越性能，正成为许多应用中的首选。然而，这些新材料在可靠性测试方面存在独特的挑战，需要开发新的测试方法。

可靠性测试的演变

传统的可靠性测试（如为硅基器件开发的1000小时测试）由于其不同的失效机制和加速寿命因素，对SiC和GaN器件并不完全适用。因此，行业必须建立专门针对WBG半导体的可靠性标准。Lieser强调需要理解可靠性测试中加速因子的必要性。例如，为了在1000小时的测试中模拟20年的操作寿命，需要根据温度、应力等因素计算合适的加速因子。精确的测量和控制对于确保测试结果准确反映长期性能至关重要。

特定的失效机制

研讨会涵盖了特定的失效机制，包括SiC MOSFET中的栅极应力和GaN HEMTs中的湿气引起的失效。Lieser展示了经过加速寿命测试的汽车级SiC MOSFET的实际数据，显示了在长时间应力后导通电阻的显著增加，这直接影响了电动汽车的效率和性能。此类发现强调了在可靠性评估中纳入这些新失效模式的必要性。

温度控制与动态测试

温度控制成为动态测试中的关键因素。温度不一致可能导致误导性结果，例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得一致和可靠的测量结果至关重要。Lieser的团队发现，不正确的预处理可能导致显著的测量噪声，相当于100小时的测试时间，从而扭曲结果。

比较分析与行业适应

Lieser展示了来自不同制造商的各种SiC MOSFET在应力下表现的比较分析，显示了它们性能的变异性。这种变异性突显了彻底测试和表征每个器件以确保其实用可靠性的必要性。他强调了可靠性测试社区需要适应和发展以应对WBG半导体带来的挑战。通过开发新的测试方法并理解SiC和GaN器件的独特失效机制，行业可以确保这些关键组件的长期可靠性。

结语

Lieser的见解为参与可靠性测试的专业人士提供了宝贵的指导，强调了在功率电子学不断发展的环境中精确测量、温度控制和定制测试协议的重要性。研讨会强调了行业需要开发和采用新的可靠性标准和测试方法，以应对WBG半导体带来的独特挑战，确保其在可再生能源和电动交通等关键应用中的可靠性能。