在高电压、高温、高频的电力电子应用中，碳化硅MOSFET因其出色的材料特性逐渐取代传统硅基器件，成为高压领域的核心选择。然而，器件的长期可靠性依然是制约其大规模应用的关键因素，特别是栅极氧化层的老化行为及其导致的性能退化问题，已成为研究和工业界共同关注的技术焦点。

一、SiC MOSFET栅氧老化机制概述

相较于硅器件，SiC MOSFET采用热氧化工艺形成的栅极氧化层存在较多界面缺陷，源于碳原子在氧化过程中的难以完全去除。这些残留的碳相关缺陷在高场高温条件下会加速电子捕获，导致阈值电压漂移、栅漏电流上升，严重时甚至引发穿通击穿。

此外，在高压环境中，SiC材料的较高本征电场使得栅氧更容易承受局部电场尖峰，从而触发电荷注入效应，引发氧化层中陷阱态的不可逆变化。这种老化过程往往起始于微观损伤的积累，最终在器件承受较高反偏电压时诱发失效。

二、典型加速测试方法分析

为了在实验室环境中快速评估栅氧老化趋势与寿命，研究人员发展出多种加速测试方法。其中，高温栅极偏置试验（HTGB）是最常用的栅氧评估手段之一。通过在150°C以上的环境中，对MOSFET栅极施加正向偏压，持续数百小时，监测栅极泄漏电流与阈值电压变化情况，可以模拟器件在高压运行时的栅氧劣化行为。

另一个重要手段是反偏状态下的电热耦合应力试验。该方法利用源极与栅极短接，对漏极施加高压并控制芯片工作温度，考察漏栅间电流与击穿电压的变化趋势。其优点在于更贴近实际应用中的击穿模式，可有效揭示器件在系统中可能遭遇的电场失效隐患。

三、实验研究与器件行为分析

针对不同JFET结构设计的高压SiC MOSFET样品，通过HTGB及反偏栅应力双重测试发现，JFET区宽度越大，其栅氧所受横向电场越强，出现阈值电压漂移与栅漏电上升的概率也更高。仿真进一步验证了这一结论，在同等工作电压下，宽JFET结构下的栅氧区域电位显著高于窄结构，增加了老化速率。

而在高温反偏电压测试中，不同样品在2000V以上电压与175°C环境下的IDG值上升明显，部分器件漏电甚至突破50nA，说明其栅氧层已出现应力退化或缺陷导通通道。

四、老化行为与设计改进建议

从长期运行的可靠性角度来看，SiC MOSFET栅氧层的老化行为主要由界面缺陷累积、电场集中特性及结构热分布不均所导致。因此，在产品设计中应优化JFET区域宽度，平衡电场梯度；栅氧工艺方面，可引入氮氧化技术（NO anneal）以改善界面质量，降低陷阱态密度；同时引入电场钝化结构，如浮栅或源极保护带结构，也有助于提升栅氧抗老化能力。

总结

随着高压SiC MOSFET在轨道交通、电力系统、新能源装备中的深入应用，其栅氧化层的可靠性表现愈发关键。通过高温偏置与反偏电热应力等加速测试方法，不仅能揭示器件潜在的失效模式，也为后续产品工艺优化和结构设计提供了重要依据。未来，结合仿真分析与物理建模，将进一步推动SiC功率器件在高可靠性场景中的实用化发展。