碳化硅SiC MOSFET的閾值電壓穩定性相對Si材料來講，是比較差的，對應用端的影響也很大。

有什么現象呢，主要是閾值電壓的漂移，再說得直白點，就是閾值電壓會隨著柵極應力的施加而變化，在正的柵壓下，閾值電壓會變大，在負的柵壓下，閾值電壓會變小。在高溫下更明顯。

【資料圖】

來源：UESTC 侯子婕

在高溫和負的柵壓下這種偏移我們稱為“負偏壓溫度不穩定性NBTI”，上圖是200℃和-20V偏壓應力下的閾值電壓變化。

圖中所示，器件在負偏壓應力下，器件閾值電壓逐漸下降，并且隨著時間的

增加，下降很明顯，在200℃下的閾值電壓甚至下降為負值！（紅線表示閾值電壓，可以看到，1000s之后，器件的閾值電壓從+1.8V變成了-1V，也就說，器件這個時候變成常開的了，這個對器件的使用影響是非常大的。如果是逆變器的上下管，這個時候直接就誤導通了）

既然有負的BTI，自然也有正的BTI（正偏壓溫度不穩定性），上圖是200℃，+20V柵極偏置應力下的閾值電壓變化圖。從圖中可以看出，在柵壓，高溫和時間的共同作用下，器件的閾值電壓慢慢升高，當然，這個升高相對來講比較弱。

BTI（NBTI/PBTI）有什么危害？

閾值電壓變小，使得誤導通風險變大。

閾值電壓變大，我們知道跨導正比于（Vgs-Vth），Vth變大，跨導變小，Rdson就增大，器件損耗升高。

閾值電壓漂移的原理是什么？目前主要的解釋有兩方面：內在的和外在的。

外在的原因解釋是半導體制造過程中，會不可避免地引入可動離子（Nm），主要是鈉和鉀，通常在200 ℃左右，可動離子被激活，在電場的驅動下產生遷移，影響Vth 的漂移。

內在的原因主要是界面陷阱和氧化物陷阱，SiC MOSFET 中的陷阱類缺陷引起器件不穩定性所遵循的物理機制是氧化層陷阱的電荷俘獲隧穿模型。

2012 年，美國學者Lelis 等人提出了這一模型，并分析了隧穿運動的兩種類型[39]。第一種類型，兩步隧穿機制，即在施加外界影響因素后，載流子首先被界面陷阱捕獲，然后隧穿過SiC/SiO2 界面，載流子被釋放到氧化物一側后，再被氧化物陷阱捕獲，氧化物陷阱處于充電狀態，或者反過來，載流子由氧化物一側隧穿回到溝道中，氧化物陷阱處于放電狀態。

其中，界面態中的快態陷阱和慢態陷阱都會具有隧穿的作用，作為“中介”輔助載流子隧穿到氧化物中被陷阱俘獲；第二種類型，直接隧穿機制，即溝道載流子可以不通過界面陷阱這一“中介”，有一定的概率可以直接通過SiC/SiO2 界面進出SiO2 一側，從而引起Vth 漂移。

如何降低Vth漂移的影響？

1：設計階段提升器件的柵壓。

2：使用時降低柵極應力，比如使用較小絕對值的負壓。