近期很多充電運營商反應采用國產碳化硅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，結合常見碳化硅MOSFET的失效問題，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首是部分國產碳化硅MOSFET柵氧化層的可靠性埋了大雷：短期使用看不出問題，長期工作下來充電樁電源模塊失效率持續增加，尤其是在高溫環境下長期服役的充電場景。

國產碳化硅MOSFET在充電樁電源模塊中隨著工作時間增加故障率升高的應用痛點，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：

國產碳化硅MOSFET在充電樁電源模塊中隨著工作時間增加失效率而增加原因分析

柵氧化層過薄
部分國產SiC碳化硅MOSFET廠商為降低比導通電阻（Rds(on)sp）和成本，在工藝條件受限的情況下，過度減薄柵氧化層厚度（如低于40nm）。根據TDDB實驗數據，薄柵氧在高電場下壽命顯著縮短（如103小時），導致長期工作后易發生經時擊穿（TDDB失效）。

高溫高電場應力
充電樁工作環境惡劣（高溫、高頻開關、高電壓），加速柵氧化層老化。若部分國產SiC碳化硅MOSFET器件未通過嚴格的HTGB（高溫柵偏）和TDDB測試，閾值電壓漂移（Vth shift）或氧化層擊穿風險大幅增加。

制造工藝缺陷
部分國產SiC碳化硅MOSFET柵氧生長工藝不均勻或界面缺陷（如SiC/SiO?界面態密度高），在長期應力下缺陷積累，引發漏電流激增或局部擊穿。

解決方案

1. 國產碳化硅MOSFET器件設計與制造優化

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

改進柵氧工藝
采用高質量氧化層生長技術（如熱氧化結合氮化退火），降低界面態密度，提升柵氧均勻性。

2. 強化國產碳化硅MOSFET可靠性測試

嚴格執行HTGB與TDDB測試
參考JEDEC標準（如JESD22-A-108），在研發階段通過加速壽命實驗（如175°C、22V HTGB 1000小時）篩選可靠性不足的器件。

增加批次抽樣比例
對量產器件提高抽樣測試覆蓋率，確保每批次均滿足長期可靠性要求（如TDDB壽命>10?小時）。

3. 國產碳化硅MOSFET應用端設計優化

降額使用
實際應用中，柵極電壓（Vgs）應低于器件標稱耐壓（如標稱20V時限制在18V以下），并控制結溫（Tj≤175°C），延長柵氧壽命。

優化散熱設計
加強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. 國產碳化硅MOSFET供應鏈與失效分析

嚴選供應商
優先選擇通過AEC-Q101認證的廠商，確保器件可靠性數據（如HTGB/TDDB報告）透明可追溯。

深度失效分析
對故障模塊進行電鏡（SEM/TEM）和能譜分析（EDS），定位失效點是否為柵氧擊穿，針對性改進工藝。

結論

國產碳化硅MOSFET的可靠性短板可通過設計優化、工藝升級、嚴格測試及應用端協同設計系統性解決。廠商需摒棄“犧牲可靠性換成本”的短視策略，而充電樁企業應建立器件選型與可靠性驗證體系，共同提升電源模塊的長期穩定性。

審核編輯 黃宇