本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件壽命預(yù)測，具體是一種基于柵氧層老化的sic?mosfet壽命預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、隨著芯片行業(yè)的蓬勃發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件（如：mosfet）作為電力電子系統(tǒng)的核心器件被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)、新能源汽車等各個(gè)領(lǐng)域。由于工作環(huán)境復(fù)雜，功率半導(dǎo)體器件的老化過程受多種因素影響，因此其壽命預(yù)測對提高電力電子系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。

2、與傳統(tǒng)的硅基mosfet相比，sic?mosfet由于使用材料的物理特性而具有低導(dǎo)通電阻、高頻、高壓等優(yōu)越性能，使其在高功率和高溫應(yīng)用中非常受歡迎。然而，sic?mosfet柵氧層界面處的勢壘高度較低，使溝道中的載流子更容易穿越勢壘到達(dá)氧化層，sic在氧化過程中殘留在界面處的c元素會(huì)在sic/sio2的界面處產(chǎn)生較高的界面態(tài)密度，導(dǎo)致柵氧層質(zhì)量的顯著降低，使sic?mosfet的柵極更易受到福勒–諾得海姆（f-n）隧穿的影響，使其在長期高溫和柵極偏置應(yīng)力下可能發(fā)生性能退化甚至功能失效，因此，基于柵氧層老化的壽命預(yù)測有助于實(shí)現(xiàn)sic?mosfet的安全高效應(yīng)用。由于sic?mosfet的實(shí)際工作環(huán)境比較復(fù)雜，難以獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此通過加速老化試驗(yàn)預(yù)測sic?mosfet在實(shí)際工況下的壽命，有助于了解其退化情況。傳統(tǒng)的壽命預(yù)測方法包括基于失效物理模型和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)兩種，基于失效物理模型的預(yù)測需要對不同失效環(huán)境下的工作條件進(jìn)行具體分析，通過公式計(jì)算sicmosfet壽命，然而部分物理信息又難以提取，因此難以構(gòu)建精準(zhǔn)完整的物理模型，通用性較差?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者統(tǒng)計(jì)分析，預(yù)測sic?mosfet的剩余壽命，需要對其進(jìn)行在線監(jiān)測，通過歷史數(shù)據(jù)預(yù)測剩余壽命，然而sic?mosfet通常是工作在高溫高壓高頻條件下，要依賴于高可靠傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)測、通信和計(jì)算，對網(wǎng)絡(luò)和通信依賴性強(qiáng)，成本高昂，安全性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種基于柵氧層老化的sic?mosfet壽命預(yù)測方法。

2、本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用如下的技術(shù)方案：

3、一種基于柵氧層老化的sic?mosfet壽命預(yù)測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

4、第一步：通過sic?mosfet加速老化試驗(yàn)獲取不同工況條件下的真實(shí)閾值電壓序列，對真實(shí)閾值電壓序列進(jìn)行預(yù)處理；

5、第二步：基于條件生成對抗網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建壽命預(yù)測模型，包括生成器、普通判別器、條件判別器、編碼網(wǎng)絡(luò)和反向恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)；

6、將工況條件作為條件標(biāo)簽與預(yù)處理后的真實(shí)閾值電壓序列輸入到編碼網(wǎng)絡(luò)中，生成多個(gè)二維空間張量；這些二維空間張量經(jīng)過反向恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)，得到嵌入工況條件的真實(shí)閾值電壓序列；

7、所述生成器包括編碼網(wǎng)絡(luò)、編碼器和反向恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)；將工況條件作為條件標(biāo)簽與隨機(jī)生成的高斯噪聲序列輸入到編碼網(wǎng)絡(luò)中，生成多個(gè)模擬二維空間張量；將這些模擬二維空間張量輸入到編碼器進(jìn)行編碼中，得到多個(gè)編碼特征；這些編碼特征經(jīng)過反向恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)，得到嵌入工況條件的模擬閾值電壓序列；

8、將嵌入工況條件的真實(shí)閾值電壓序列和模擬閾值電壓序列同時(shí)輸入到普通判別器和條件判別器中進(jìn)行判別，普通判別器用于計(jì)算輸入的閾值電壓序列是真實(shí)閾值電壓序列的概率，條件判別器用于計(jì)算輸入的閾值電壓序列在輸入工況條件下是真實(shí)閾值電壓序列的概率；

9、第三步：對壽命預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練，利用訓(xùn)練后的生成器生成期望工況條件下的閾值電壓序列，當(dāng)sic?mosfet閾值電壓相對于初始值的變化率超過規(guī)定值時(shí)，認(rèn)為sicmosfet已損壞，實(shí)現(xiàn)壽命預(yù)測。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

11、1、利用基于條件生成對抗網(wǎng)絡(luò)的壽命預(yù)測模型直接對sic?mosfet壽命進(jìn)行預(yù)測，可以根據(jù)不同工況條件和高斯噪聲序列預(yù)測不同工況條件下的sic?mosfet閾值電壓序列，實(shí)現(xiàn)離線的sic?mosfet壽命預(yù)測，而不是在線預(yù)測sic?mosfet的剩余壽命，因此在實(shí)際預(yù)測中不需要依賴于sic?mosfet在工況條件下的歷史數(shù)據(jù)，還可以實(shí)現(xiàn)各種工況下的壽命預(yù)測，適用性強(qiáng)。

12、2、為了使模型更好地學(xué)習(xí)到條件標(biāo)簽與閾值電壓序列的關(guān)聯(lián)性，設(shè)置了普通判別器和條件判別器，普通判別器用于判斷輸入的閾值電壓序列是真實(shí)的還是生成的，條件判別器用于判斷輸入的閾值電壓序列在輸入的條件標(biāo)簽下是否是真實(shí)閾值電壓序列。將條件標(biāo)簽和閾值電壓序列輸入到編碼網(wǎng)絡(luò)中，將條件標(biāo)簽嵌入到閾值電壓序列中實(shí)現(xiàn)了更好的特征提取。

13、3、本發(fā)明通過加速老化試驗(yàn)獲取sic?mosfet閾值電壓序列，用于預(yù)測實(shí)際工況下的壽命，實(shí)現(xiàn)離線的sic?mosfet壽命預(yù)測，避免了需要實(shí)時(shí)采集的高硬件需求和高算力需求。

技術(shù)特征：

1.一種基于柵氧層老化的sic?mosfet壽命預(yù)測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柵氧層老化的sic?mosfet壽命預(yù)測方法，其特征在于，編碼網(wǎng)絡(luò)將條件標(biāo)簽拼接到真實(shí)閾值電壓序列之后，對拼接得到的序列進(jìn)行快速傅里葉變換，將真實(shí)閾值電壓序列分解為多個(gè)頻域下的閾值電壓序列；計(jì)算各個(gè)頻域下閾值電壓序列的幅值，選取幅值大的多個(gè)閾值電壓序列進(jìn)行重塑操作，得到多個(gè)二維空間張量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于柵氧層老化的sic?mosfet壽命預(yù)測方法，其特征在于，反向恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)分別各個(gè)二維空間張量進(jìn)行卷積，得到高維特征；對各個(gè)高維特征賦予權(quán)重后再進(jìn)行拼接，拼接特征經(jīng)過重塑操作，得到嵌入工況條件的真實(shí)閾值電壓序列。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于柵氧層老化的sic?mosfet壽命預(yù)測方法，其特征在于，所述普通判別器包括編碼器、全連接層和sigmoid激活函數(shù)，條件判別器包含gru、全連接層和sigmoid激活函數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柵氧層老化的sic?mosfet壽命預(yù)測方法，其特征在于，在模型訓(xùn)練過程中，根據(jù)下式計(jì)算訓(xùn)練損失：

6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于柵氧層老化的sic?mosfet壽命預(yù)測方法，其特征在于，所述預(yù)處理包括數(shù)據(jù)平滑和坐標(biāo)軸翻轉(zhuǎn)；數(shù)據(jù)平滑包括離群點(diǎn)處理、異常點(diǎn)處理和高斯濾波。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于柵氧層老化的SiC?MOSFET壽命預(yù)測方法。首先，通過SiC?MOSFET加速老化試驗(yàn)獲取不同工況條件下的真實(shí)閾值電壓序列并進(jìn)行預(yù)處理；然后，基于條件生成對抗網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建壽命預(yù)測模型，包括生成器、普通判別器、條件判別器、編碼網(wǎng)絡(luò)和反向恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)；將工況條件作為條件標(biāo)簽與預(yù)處理后的真實(shí)閾值電壓序列依次經(jīng)過編碼網(wǎng)絡(luò)和反向恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)，得到嵌入工況條件的真實(shí)閾值電壓序列；將工況條件作為條件標(biāo)簽與隨機(jī)生成的高斯噪聲序列經(jīng)過生成器，得到嵌入工況條件的模擬閾值電壓序列；將嵌入工況條件的真實(shí)閾值電壓序列和模擬閾值電壓序列同時(shí)輸入到普通判別器和條件判別器中進(jìn)行判別；最后，對壽命預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練，利用訓(xùn)練后的生成器生成期望工況條件下的閾值電壓序列。該方法能夠離線預(yù)測SiC?MOSFET在不同工況下的壽命，更具有適用性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉琛,辛振,賴耀康,曹玉峰,王震,康建龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15