本公開關(guān)于在操作服務(wù)期間監(jiān)測、限制、減緩和/或降低功率半導(dǎo)體的固有降級(jí)的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、功率半導(dǎo)體模塊在其操作壽命期間的柵極氧化物質(zhì)量被稱為這種器件的可靠性關(guān)注的關(guān)鍵參數(shù)。

2、特別是對于sic?mosfet，柵極氧化物(gox)膜似乎是可靠性的關(guān)鍵點(diǎn)：sic?mosfet器件具有比si?mosfet高四個(gè)數(shù)量級(jí)的故障概率。

3、減小正柵極-源極電壓可以增加器件的可靠性。負(fù)偏壓通常被用作對抗措施以避免在串聯(lián)電連接的器件的接通期間器件的自導(dǎo)通。然而，由于功率半導(dǎo)體的某些空閑時(shí)間，負(fù)偏壓可能被施加達(dá)幾個(gè)小時(shí)，這將導(dǎo)致閾值電壓的減小。這種變化在轉(zhuǎn)換器開始再次切換的最初數(shù)秒鐘內(nèi)是關(guān)鍵的。此外，在柵極的切換時(shí)間期間發(fā)生柵極過電壓，這也貢獻(xiàn)了閾值電壓上的偏移。

4、存在改進(jìn)基板缺陷密度并且在理論上提高可靠性的已知解決方案，例如：在阻擋模式和導(dǎo)通狀態(tài)下對柵極氧化物場的限制、避免電壓尖峰以及sic/sio2界面鈍化。然而，維持柵極氧化物質(zhì)量的已知解決方案在功率半導(dǎo)體模塊的某些操作條件下具有各種負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開改善了所述情形。

2、提出了一種包括至少一個(gè)半導(dǎo)體元件的功率半導(dǎo)體模塊的處理(treatment)方法，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體元件包括金屬氧化物半導(dǎo)體元件和/或金屬絕緣體半導(dǎo)體元件，所述方法包括：

3、a.獲取與模塊的柵極氧化物的初始健康狀態(tài)相對應(yīng)的第一值vsoh,0；

4、b.獲取與模塊的柵極氧化物的當(dāng)前健康狀態(tài)相對應(yīng)的第二值vsoh,x；

5、c.根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0和所獲取的第二值vsoh,x，推斷：

6、導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee，以及

7、導(dǎo)通的延遲時(shí)間ton或截止的延遲時(shí)間toff；

8、d.生成被配置為在所推斷的延遲時(shí)間ton或toff期間向模塊施加所推斷的柵極電壓vcc或vee的至少一個(gè)控制信號(hào)。

9、在另一方面，提出了一種功率半導(dǎo)體模塊，該功率半導(dǎo)體模塊包括單個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體元件或一組金屬氧化物半導(dǎo)體元件、或單個(gè)金屬絕緣體半導(dǎo)體元件或一組金屬絕緣半導(dǎo)體元件，所述模塊被設(shè)置成實(shí)現(xiàn)這種方法。

10、在另一方面，提出了一種計(jì)算機(jī)軟件，該計(jì)算機(jī)軟件包括指令以在該軟件由處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如這里所限定的方法。在另一方面，提出了一種計(jì)算機(jī)可讀非暫時(shí)性記錄介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀非暫時(shí)性記錄介質(zhì)上登記有軟件以在該軟件由處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)如這里所限定的方法。

11、以下特征可以可選地實(shí)現(xiàn)、單獨(dú)實(shí)現(xiàn)或者一個(gè)與其它組合地實(shí)現(xiàn)：

12、所述方法還包括以下預(yù)備操作：

13、*根據(jù)具有零或負(fù)柵極電壓vee并且具有截止的延遲時(shí)間toff的控制邏輯信號(hào)，從導(dǎo)通狀態(tài)到截止?fàn)顟B(tài)；或者

14、*根據(jù)具有正柵極電壓vcc并且具有導(dǎo)通的延遲時(shí)間ton的控制邏輯信號(hào)，從截止?fàn)顟B(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)，

15、-切換所述至少一個(gè)半導(dǎo)體元件。

16、所施加的柵極電壓vcc或vee的正負(fù)符號(hào)取決于所述至少一個(gè)半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)。

17、用于根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0和所獲取的第二值vsoh,x來推斷導(dǎo)通的延遲時(shí)間ton或截止的延遲時(shí)間toff的標(biāo)準(zhǔn)包括以下項(xiàng)：

18、-如果所獲取的第二值vsoh,x大于所獲取的第一值vsoh,0，則截止的延遲時(shí)間toff相對于截止的延遲時(shí)間toff的先前值增加；

19、-如果所獲取的第二值vsoh,x小于所獲取的第一值vsoh,0，則截止的延遲時(shí)間toff相對于截止的延遲時(shí)間toff的先前值減小。

20、用于根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0和所獲取的第二值vsoh,x來推斷導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee的標(biāo)準(zhǔn)包括以下項(xiàng)：

21、-如果所獲取的第二值vsoh,x大于所獲取的第一值vsoh,0，則導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc相對于導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc的先前值增加，并且所述增加與所獲取的第一值vsoh,0與所獲取的第二值vsoh,x之差成比例或相等。

22、用于根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0和所獲取的第二值vsoh,x來推斷導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee的標(biāo)準(zhǔn)包括以下項(xiàng)：

23、-如果所獲取的第二值vsoh,x大于所獲取的第一值vsoh,0，則所述截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee相對于所述截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee的先前值減??；

24、-如果所獲取的第二值vsoh,x小于所獲取的第一值vsoh,0，則所述截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee相對于所述截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee的先前值增加；

25、-如果所獲取的第二值vsoh,x等于所獲取的第一值vsoh,0，則所述截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee維持等于所述截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee的先前值。

26、用于根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0和所獲取的第二值vsoh,x來推斷導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee的標(biāo)準(zhǔn)包括以下項(xiàng)：

27、-如果所獲取的第二值vsoh,x大于所獲取的第一值vsoh,0，則截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee相對于截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee的先前值減??；

28、-如果所獲取的第二值vsoh,x小于所獲取的第一值vsoh,0，則導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc相對于導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc的先前值增加；

29、-如果所獲取的第二值vsoh,x等于所獲取的第一值vsoh,0，則導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc和截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee各自重新初始化為它們相應(yīng)的默認(rèn)值。

30、所述方法還包括以下操作：

31、-當(dāng)檢測到半導(dǎo)體元件的反向傳導(dǎo)時(shí)，生成被配置為向模塊施加所推斷的柵極電壓vcc或vee的至少一個(gè)控制信號(hào)。

32、在模塊的壽命期間獲取至少兩個(gè)第二值vsoh,x和vsoh,x+1，并且用于根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0以及所獲取的第二值vsoh,x和vsoh,x+1來推斷導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee的標(biāo)準(zhǔn)包括以下項(xiàng)：

33、-如果所獲取的第二值的時(shí)間導(dǎo)數(shù)dvsoh,x/dt是正的，則導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc相對于導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc的先前值減小，和/或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee相對于截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee的先前值減??；

34、-如果所獲取的第二值的時(shí)間導(dǎo)數(shù)dvsoh,x/dt是負(fù)的，則導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc相對于導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc的先前值增加，和/或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee相對于截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓vee的先前值增加。

35、用于推斷導(dǎo)通的延遲時(shí)間ton或截止的延遲時(shí)間toff的標(biāo)準(zhǔn)還依賴于導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc和/或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee。

36、在以下詳細(xì)描述中并且在附圖上將示出其它特征、細(xì)節(jié)以及優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種包括至少一個(gè)半導(dǎo)體元件的功率半導(dǎo)體模塊的處理方法，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體元件包括金屬氧化物半導(dǎo)體元件和/或金屬絕緣體半導(dǎo)體元件，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下預(yù)備操作：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所施加的柵極電壓vcc或vee的正負(fù)符號(hào)取決于所述至少一個(gè)半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，用于根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0和所獲取的第二值vsoh,x來推斷所述導(dǎo)通的延遲時(shí)間ton或所述截止的延遲時(shí)間toff的標(biāo)準(zhǔn)包括以下項(xiàng)：

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，用于根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0和所獲取的第二值vsoh,x來推斷所述導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee的標(biāo)準(zhǔn)包括以下項(xiàng)：

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，用于根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0和所獲取的第二值vsoh,x來推斷所述導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee的標(biāo)準(zhǔn)包括以下項(xiàng)：

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，用于根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0和所獲取的第二值vsoh,x來推斷所述導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee的標(biāo)準(zhǔn)包括以下項(xiàng)：

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的方法，所述方法還包括以下操作：

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法的一部分形成迭代循環(huán)，使得從第二次獲取第二值vsoh,x+1開始，操作b至d的系列被重復(fù)至少一次。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述模塊的壽命期間獲取至少兩個(gè)第二值vsoh,x和vsoh,x+1，并且其中，用于根據(jù)所獲取的第一值vsoh,0以及所獲取的第二值vsoh,x和vsoh,x+1來推斷所述導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee的標(biāo)準(zhǔn)包括以下項(xiàng)：

11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的方法，其中，用于推斷所述導(dǎo)通的延遲時(shí)間ton或所述截止的延遲時(shí)間toff的標(biāo)準(zhǔn)還依賴于所述導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓vcc和/或所述截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓vee。

12.一種功率半導(dǎo)體模塊，所述功率半導(dǎo)體模塊包括單個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體元件、或一組金屬氧化物半導(dǎo)體元件、或單個(gè)金屬絕緣體半導(dǎo)體元件或一組金屬絕緣半導(dǎo)體元件，所述模塊被設(shè)置成實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的方法。

13.一種計(jì)算機(jī)軟件，所述計(jì)算機(jī)軟件包括指令以在所述軟件由處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的方法。

14.一種計(jì)算機(jī)可讀非暫時(shí)性記錄介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀非暫時(shí)性記錄介質(zhì)上登記有軟件以在所述軟件由處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
一種包括至少一個(gè)半導(dǎo)體元件的功率半導(dǎo)體模塊的處理方法，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體元件包括金屬氧化物半導(dǎo)體元件和/或金屬絕緣體半導(dǎo)體元件，所述方法包括：a.獲取與模塊的柵極氧化物的初始健康狀態(tài)相對應(yīng)的第一值V<subgt;soh,0</subgt;；b.獲取與模塊的柵極氧化物的當(dāng)前健康狀態(tài)相對應(yīng)的第二值V<subgt;soh,X</subgt;；c.根據(jù)所獲取的第一值V<subgt;soh,0</subgt;和所獲取的第二值V<subgt;soh,X</subgt;，推斷導(dǎo)通狀態(tài)柵極電壓V<subgt;CC</subgt;或截止?fàn)顟B(tài)柵極電壓柵極電壓V<subgt;EE</subgt;，以及導(dǎo)通的延遲時(shí)間t<subgt;ON</subgt;或截止的延遲時(shí)間t<subgt;OFF</subgt;；d.生成被配置為在所推斷的延遲時(shí)間t<subgt;ON</subgt;或t<subgt;OFF</subgt;期間向模塊施加所推斷的柵極電壓V<subgt;CC</subgt;或V<subgt;EE</subgt;的至少一個(gè)控制信號(hào)。

技術(shù)研發(fā)人員：J·布蘭德雷洛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：三菱電機(jī)株式會(huì)社
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/24