近期很多充電運(yùn)營(yíng)商反應(yīng)采用國(guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET的工作僅僅一兩年的充電樁電源模塊故障頻率越用越高，結(jié)合常見碳化硅MOSFET的失效問(wèn)題，不難看出充電樁電源模塊中碳化硅MOSFET失效頻率越用越高罪魁禍?zhǔn)资遣糠謬?guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET柵氧化層的可靠性埋了大雷：短期使用看不出問(wèn)題，長(zhǎng)期工作下來(lái)充電樁電源模塊失效率持續(xù)增加，尤其是在高溫環(huán)境下長(zhǎng)期服役的充電場(chǎng)景。

國(guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET在充電樁電源模塊中隨著工作時(shí)間增加故障率升高的應(yīng)用痛點(diǎn)，主要源于柵氧化層可靠性不足。以下為具體分析與解決方案：

國(guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET在充電樁電源模塊中隨著工作時(shí)間增加失效率而增加原因分析

柵氧化層過(guò)薄
部分國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅MOSFET廠商為降低比導(dǎo)通電阻（Rds(on)sp）和成本，在工藝條件受限的情況下，過(guò)度減薄柵氧化層厚度（如低于40nm）。根據(jù)TDDB實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，薄柵氧在高電場(chǎng)下壽命顯著縮短（如103小時(shí)），導(dǎo)致長(zhǎng)期工作后易發(fā)生經(jīng)時(shí)擊穿（TDDB失效）。

高溫高電場(chǎng)應(yīng)力
充電樁工作環(huán)境惡劣（高溫、高頻開關(guān)、高電壓），加速柵氧化層老化。若部分國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅MOSFET器件未通過(guò)嚴(yán)格的HTGB（高溫柵偏）和TDDB測(cè)試，閾值電壓漂移（Vth shift）或氧化層擊穿風(fēng)險(xiǎn)大幅增加。

制造工藝缺陷
部分國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅MOSFET柵氧生長(zhǎng)工藝不均勻或界面缺陷（如SiC/SiO?界面態(tài)密度高），在長(zhǎng)期應(yīng)力下缺陷積累，引發(fā)漏電流激增或局部擊穿。

解決方案

1. 國(guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET器件設(shè)計(jì)與制造優(yōu)化

合理設(shè)計(jì)柵氧厚度
根據(jù)TDDB模型（如E模型或1/E模型），確保柵氧厚度以平衡導(dǎo)通電阻與可靠性，避免盲目追求低成本減薄。

改進(jìn)柵氧工藝
采用高質(zhì)量氧化層生長(zhǎng)技術(shù)（如熱氧化結(jié)合氮化退火），降低界面態(tài)密度，提升柵氧均勻性。

2. 強(qiáng)化國(guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET可靠性測(cè)試

嚴(yán)格執(zhí)行HTGB與TDDB測(cè)試
參考JEDEC標(biāo)準(zhǔn)（如JESD22-A-108），在研發(fā)階段通過(guò)加速壽命實(shí)驗(yàn)（如175°C、22V HTGB 1000小時(shí)）篩選可靠性不足的器件。

增加批次抽樣比例
對(duì)量產(chǎn)器件提高抽樣測(cè)試覆蓋率，確保每批次均滿足長(zhǎng)期可靠性要求（如TDDB壽命>10?小時(shí)）。

3. 國(guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET應(yīng)用端設(shè)計(jì)優(yōu)化

降額使用
實(shí)際應(yīng)用中，柵極電壓（Vgs）應(yīng)低于器件標(biāo)稱耐壓（如標(biāo)稱20V時(shí)限制在18V以下），并控制結(jié)溫（Tj≤175°C），延長(zhǎng)柵氧壽命。

優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)
加強(qiáng)充電樁電源模塊散熱（如采用熱管或液冷），降低器件工作溫度，減緩碳化硅MOSFET柵氧化層熱退化。

4. 國(guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET供應(yīng)鏈與失效分析

嚴(yán)選供應(yīng)商
優(yōu)先選擇通過(guò)AEC-Q101認(rèn)證的廠商，確保器件可靠性數(shù)據(jù)（如HTGB/TDDB報(bào)告）透明可追溯。

深度失效分析
對(duì)故障模塊進(jìn)行電鏡（SEM/TEM）和能譜分析（EDS），定位失效點(diǎn)是否為柵氧擊穿，針對(duì)性改進(jìn)工藝。

結(jié)論

國(guó)產(chǎn)碳化硅MOSFET的可靠性短板可通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化、工藝升級(jí)、嚴(yán)格測(cè)試及應(yīng)用端協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)性解決。廠商需摒棄“犧牲可靠性換成本”的短視策略，而充電樁企業(yè)應(yīng)建立器件選型與可靠性驗(yàn)證體系，共同提升電源模塊的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

審核編輯 黃宇