電動車逆變器應用SiC功率元件的主要良率問題
前言：
晶體管作為數位電子產品的建構模組間歇性地存在。半導體電晶體的發明取代了用於電氣開關的真空管，使人類在技術上取得了一些最終的飛躍。
電子領域最常見的電晶體類型是 MOSFET 電晶體或金屬氧化物半導體場效電晶體。這些電晶體利用半導體材料的特殊性質，讓小電流訊號控制有時大得多的電流訊號的切換。一種 MOSFET，用作電力電子電路中的開關，經過專門優化，可以承受高電壓並以最小的能量損失傳遞負載電流。
新型化合物半導體材料碳化矽 (SiC) 在製造這些功率開關 MOSFET 方面比矽具有多種優勢，且難度極高。 SiC 具有 10 倍的擊穿電場強度和 3 倍的帶隙，並可實現裝置構造所需的各種 p 型和 n 型控制。 SiC 的導熱係數是矽的 3 倍，這表示冷卻能力是矽的 3 倍。
因此，以碳化矽建構的 MOSFET 比單獨的矽有了顯著的進步。 SiC MOSFET 具有更高的擊穿電壓、更好的冷卻和耐溫能力，因此物理尺寸可以做得更小。 IGBT（絕緣柵雙極電晶體）主要用於 600V 以上的開關電壓，但碳化矽材料使 MOSFET 可用於 1700V 和更高的電流。 SiC MOSFET 的開關損耗也比 IGBT 低得多，並且可以在更高的頻率下工作。
由於這些和其他優點，SiC MOSFET 越來越多地用於工業設備的電源和高效能電源調節器的逆變器/轉換器。
電動車逆變器應用SiC功率元件的5大良率問題（重點在於可靠性）如下：
- 材料缺陷：碳化矽功率元件受微管、閉芯螺位錯、基面位錯、小角度晶界等材料缺陷的影響，會限制裝置的良率和可靠性
現代碳化矽晶圓和磊晶層中的缺陷也已被證明可以降低擊穿電壓場，導致更高的漏電流，並降低碳化矽功率元件的導通狀態電性性能。這些缺陷包括微管、位錯、晶界和外延缺陷。對經歷導通狀態退化的 PN 二極體的光學觀察表明，移動和傳播晶體堆疊層錯同時形成。這些斷層成核於晶界並滲透到裝置的整個主動區域，從而於碳化矽功率元件於長時間操作之後的明顯性能降低。
同一晶片上兩個相鄰二極體 (a) 頂部和 (b) 底部退化過程中不同時間間隔的發光影像
這些位錯傳播的發生率於實驗中被發現，其隨著電流密度的增加而增加。更高的工作溫度和更厚的外延厚度也會導致位錯這類結晶缺陷的發生率更高。
- 晶圓級缺陷：晶圓級缺陷，包括生長坑和胡蘿蔔缺陷，可能會為碳化矽功率元件帶來不利條件，影響其可靠性和良率
在碳化矽晶錠和晶圓中觀察到的主要擴展缺陷
半導體中的缺陷還可分為：點缺陷(point defects)和擴展缺陷(extended defects)。 點缺陷集中在一個晶格位置，僅涉及幾個最近的緊鄰原子，並且不至於擴展到任何的空間維度。 反觀擴展缺陷，例如晶界、位錯和/或堆疊層錯在所有維度上擴展。
大多數碳化矽功率元件的製造方式使得它們的電活性區域完全位於碳化矽晶體晶圓(或稱襯底)上所生長的磊晶(或稱外延)層內。 這些碳化矽功率元件的電氣特性很大程度上取決於磊晶品質和半導體表面的光滑度。 在碳化矽外延層中，常見的缺陷有很多種類，其中明顯影響碳化矽功率元件電性性能的，主要有螺紋螺位錯（TSD）、螺紋刃口位錯 (TED)、基底位錯 (BPD)、小生長坑、三角形夾雜物、胡蘿蔔和彗尾缺陷。
高溫性能：碳化矽功率元件預計將比傳統矽基元件在更高的溫度下運作。 確保 碳化矽功率元件在高溫下的可靠性和良率是一個關鍵問題
儘管技術發展迅速，但仍存在一些限制碳化矽功率元件發展的可靠性能問題。最重要的問題之一涉及晶體缺陷的存在，會因為碳化矽功率元件於工作狀態下，因受熱機械應力而傳播(擴展)這些缺陷，可以達到碳化矽功率元件之電性活性區域並毀壞它，因此這些缺陷也被稱為碳化矽功率元件的「致命缺陷」。需要實施適當的可靠性測試來預先篩選，以篩檢並淘汰掉可靠性有疑慮的的碳化矽功率元件。
介電性能和可靠性：碳化矽功率元件面臨與介電性能和可靠性相關的挑戰，包括載子隧道進入電介質和晶體缺陷形成的問題，這些問題可能會影響裝置的長期可靠性
