你从未见过的全新SiC失效定位方案|sic|信号|波长|禁带

图1 滨松自研的用于EMMI定位的CCD相机 C13896-01

在技术革新和能源效率、小型化、可靠性需求的推动下，新型功率半导体材料与器件技术正成为研究的前沿。硅(Si)和锗(Ge)作为早期半导体材料的代表，尤其是硅基IGBT和MOSFET功率半导体器件，已在全球范围内取得了显著成就。然而随着新能源技术的蓬勃发展，第三代半导体材料——碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)——在国内引起了广泛关注。众多企业正积极布局第三代半导体生产线。这些新材料以其卓越的击穿电场强度、热导率和耐高温特性，使得基于SiC的功率器件能在更高的电压和更大的功率密度下工作，同时实现更低能耗和更紧凑的体积。为了满足市场对第三代半导体失效分析的需求，滨松凭借其技术优势和丰富的应用经验，整合内部资源，推出了专门针对SiC半导体器件的失效定位解决方案。

针对SiC特性的解决方案—CCD相机

SiC以其较宽的禁带宽度而闻名，这在半导体材料中至关重要。禁带指的是导带和价带之间的能量间隙，这个间隙越大，电子跃迁所需的能量就越高。因此，在面对需要高电压如几百甚至上千伏的应用场景时，SiC因其出色的电学特性而比Si更受青睐。这种材料的特性使其在高压环境下展现出卓越的性能和稳定性。

半导体发光时，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度之间的关系可以表示为：

ℏ为普朗克常量，c为光速

不难看出，禁带宽度越大，发光波长越短。

图2 不同相机的灵敏度及SiC的发光波长范围

Si的禁带宽度大约为1.12 eV，SiC即使受不同的晶体结构影响，其禁带宽度也达到了2.3-3.2 eV。经过简单换算，Si材料的发光波长在1100 nm左右，SiC材料的发光波长380-550 nm左右。过去用于EMMI的相机常为InGaAs相机，其量子效率最高的波段(通常为900-1550 nm)可以很轻松地捕捉到来自Si材料的微光信号。但由于SiC的发光波长变短，传统的InGaAs相机变得有些吃力，难以捕捉到SiC的微光信号。因此，根据样品的发光波段来选择合适的EMMI相机是非常重要的，滨松采用自研高灵敏度科研级CCD相机来捕捉来自SiC的微弱光信号。

CCD相机在400 nm-1050 nm波段的量子效率更高(如图1)，可以更好地捕捉来自SiC材料的微光，进行失效定位。

针对SiC特性的解决方案—VIS OBIRCH & HV Current head

OBIRCH的原理用一句话来介绍，即“激光逐点扫描加热样品造成电路材料电阻瞬时变化，实时测量因电阻变化引发的电流(电压)变化"。影响OBIRCH定位结果的因素有，“样品加得够不够热“以及”电流/电压测得准不准“。前者影响信号变化是不是足够明显，后者影响探测信号变化的灵敏度是不是足够高。