长期工作的充电桩电源模块中碳化硅MOSFET失效率越来越高的罪魁祸首：栅氧可靠性埋了大雷

近期很多充电运营商反应采用国产碳化硅MOSFET的工作仅仅一两年的充电桩电源模块故障频率越用越高，结合常见碳化硅MOSFET的失效问题，不难看出充电桩电源模块中碳化硅MOSFET失效频率越用越高罪魁祸首是部分国产碳化硅MOSFET栅氧化层的可靠性埋了大雷：短期使用看不出问题，长期工作下来充电桩电源模块失效率持续增加，尤其是在高温环境下长期服役的充电场景。

国产碳化硅MOSFET在充电桩电源模块中随着工作时间增加故障率升高的应用痛点，主要源于栅氧化层可靠性不足。以下为具体分析与解决方案：

国产碳化硅MOSFET在充电桩电源模块中随着工作时间增加失效率而增加原因分析

栅氧化层过薄部分国产SiC碳化硅MOSFET厂商为降低比导通电阻（Rds(on)sp）和成本，在工艺条件受限的情况下，过度减薄栅氧化层厚度（如低于40nm）。根据TDDB实验数据，薄栅氧在高电场下寿命显著缩短（如10³小时），导致长期工作后易发生经时击穿（TDDB失效）。

高温高电场应力充电桩工作环境恶劣（高温、高频开关、高电压），加速栅氧化层老化。若部分国产SiC碳化硅MOSFET器件未通过严格的HTGB（高温栅偏）和TDDB测试，阈值电压漂移（Vth shift）或氧化层击穿风险大幅增加。

制造工艺缺陷部分国产SiC碳化硅MOSFET栅氧生长工艺不均匀或界面缺陷（如SiC/SiO₂界面态密度高），在长期应力下缺陷积累，引发漏电流激增或局部击穿。

解决方案1. 国产碳化硅MOSFET器件设计与制造优化

合理设计栅氧厚度根据TDDB模型（如E模型或1/E模型），确保栅氧厚度以平衡导通电阻与可靠性，避免盲目追求低成本减薄。

改进栅氧工艺采用高质量氧化层生长技术（如热氧化结合氮化退火），降低界面态密度，提升栅氧均匀性。

2. 强化国产碳化硅MOSFET可靠性测试

严格执行HTGB与TDDB测试参考JEDEC标准（如JESD22-A-108），在研发阶段通过加速寿命实验（如175°C、22V HTGB 1000小时）筛选可靠性不足的器件。

增加批次抽样比例对量产器件提高抽样测试覆盖率，确保每批次均满足长期可靠性要求（如TDDB寿命>10⁴小时）。

3. 国产碳化硅MOSFET应用端设计优化

降额使用实际应用中，栅极电压（Vgs）应低于器件标称耐压（如标称20V时限制在18V以下），并控制结温（Tj≤175°C），延长栅氧寿命。

优化散热设计加强充电桩电源模块散热（如采用热管或液冷），降低器件工作温度，减缓碳化硅MOSFET栅氧化层热退化。

4. 国产碳化硅MOSFET供应链与失效分析

严选供应商优先选择通过AEC-Q101认证的厂商，确保器件可靠性数据（如HTGB/TDDB报告）透明可追溯。

深度失效分析对故障模块进行电镜（SEM/TEM）和能谱分析（EDS），定位失效点是否为栅氧击穿，针对性改进工艺。

结论

国产碳化硅MOSFET的可靠性短板可通过设计优化、工艺升级、严格测试及应用端协同设计系统性解决。厂商需摒弃“牺牲可靠性换成本”的短视策略，而充电桩企业应建立器件选型与可靠性验证体系，共同提升电源模块的长期稳定性。