在功率半导体器件的研发与生产过程中，高温反偏（HTRB）可靠性测试是一项至关重要的评估手段。HTRB（High Temperature Reverse Bias，高温反偏）可靠性测试属于加速寿命试验，通过温度应力和电应力双重作用，加速器件终端老化，以此激发功率半导体器件设计或制造过程中终端存在的潜在缺陷，进而评估器件在长期高温高压应力下的可靠性和稳定性，是功率器件耐压特性考核的关键环节。
测试方法
以 MOSFET 器件为例，测试流程如下：首先，选取一定数量的样品，将其放入恒温箱中，温度通常设定为允许工作结温，一般为 150℃。接着，把器件源极与栅极短接，并在源极与漏极间施加电压 VDS，为避免出现与实际情况不符的失效模式，电压通常不超过额定电压的 80%。然后，在这种电热应力条件下持续一定时间，常见的测试时长为 168h 或 1000h。在考核过程中，可以实时监控漏极电流（IDSS）的变化。测试结束后，待器件冷却至室温，再进行动静态参数测试，若参数超出规格范围，则判定为失效。
需要特别注意的是，HTRB 测试开始时需要先加电压再将恒温箱升温，测试结束时需要先降温再切断电压。这是因为电压的作用是提供电场，聚集可移动离子并产生表面电荷；温度的作用是加快可移动离子的迁移，加速聚集。若是先降电压，那么已聚集的离子在高温状态下，没有了电场的约束会快速分散开，从而影响老化测试结果。
失效机理
器件在高温高压应力下，内部的可动离子（以 Na?为例）会在高场强区域加速积累，形成表面电荷。积累的表面电荷会改变终端区域的电场，导致漏电流上升，严重时会造成器件失效。可动离子 Na?引发器件耐压退化的主要机理有感应沟道和耗尽层展宽两种。
感应沟道方面，当器件处于反向偏压状态时，可动离子（Na?）在器件的表面沿着电场方向移动，会吸引 N 型硅区域中的电子向器件表面聚集，从而在 N 型硅表面形成电子积累层。此时，电子会沿着器件表面形成的电子积累层向高电位运动，电子的定向持续流动便形成了漏电。这种可动离子引起的漏电并非正常的 PN 结漏电，会导致器件漏电增大，反向阻塞能力被削弱，耐压能力发生退化。
耗尽层展宽方面，当 Na?在器件的表面沿着电场方向移动到低电位附近区域时，会在 PN 结的表面聚集。当可动离子聚集到一定数量时，由于 Na?会在 P 型区域中感应出负电荷，增大了器件表面的电场强度，因而器件耐压能力发生退化。
可动离子（Na?）主要来源于芯片制造（离子注入、氧化等）及封装过程（焊接助焊剂、环氧树脂等），其在芯片中分布的主要位置包括：钝化层的表面与内部、氧化层的表面与内部、金属氧化层界面、Si - SiO?界面。实际 HTRB 考核常见的器件失效种类及表现包括：可动离子电荷改变终端电场分布，导致耐压降低，漏电增大；水汽侵入，造成内部短路，框架变色；焊点接触不良或空洞，使电阻增大；栅氧缺陷，导致阈值电压不稳定，电流输出曲线有交叠；材料热应力不匹配造成分层，使耐压降低，漏电急剧增大。
失效分析实际
在 480V 反偏电压、150℃环境温度条件下进行 HTRB 测试 24 小时后，多支器件的击穿电压由 660V 退化至 550V 左右。通过一系列分析，取 1 支失效样品，在 180℃温度下烘烤 6 个小时，器件的击穿电压恢复至 660V；然后再次在 480V 反偏电压、150℃环境温度条件下进行 24 小时的 HTRB 测试，器件的击穿电压再次由 660V 退化至 550V。另取 1 支失效样品，开盖后随即测试击穿电压，器件的击穿电压恢复至 660V；然后将开盖后的样片在 480V 反偏电压、150℃环境温度条件下再次进行 168 小时的 HTRB 测试，测试后的器件未发现有击穿电压退化的现象。由此可以推测，此次 HTRB 测试后击穿电压退化是由芯片封装过程引入的可动离子所导致。
可靠性提升
高温反偏（HTRB）主要考核器件终端，同时根据可靠性失效分析结果，优化器件终端结构、钝化工艺是可靠性提升的主要方向。以下为几种终端钝化材料介绍：
硼磷硅玻璃（BPSG）：BPSG 中的负离子能够中和 Na?，增加 BPSG 中掺入磷元素的含量，能够减小 Na?污染的影响。
聚酰亚胺（Polyimide）：和其他钝化材料相比，聚酰亚胺钝化具有耐高温、电绝缘性好、成膜工艺简单、成本低、热稳定性好、致密性好、针孔密度少、固化温度低、抗 Na?沾污能力强等优点。研究表明，在聚酰亚胺 - 二氧化硅结构中，聚酰亚胺层中带有 10cm 个负电荷，它能有效地削弱 SiO 层中正电荷对器件的不良影响而阻挡 Na?渗透。
氮氧化硅（SiON）：性能介于氮化硅 (SiN) 和二氧化硅 (SiO) 之间，它兼有 SiO 和 SiN 的优点。与 SiN 相比，氮氧化硅改善了热稳定性和台阶覆盖能力，降低了膜应力。它能够很好地抵抗湿气和 Na?的穿通，有很好的机械、化学和电学特性。
无定形硅（Si）：无定形硅又称非晶硅，是硅的一种同素异形体。无定性硅原子间的晶格网络呈无序排列。由于这种不稳定性，无定形硅中的部分原子含有悬空键。这些悬挂键可以固定住 Na?，并且无定形硅有很好的热稳定性以及较大的电阻率。
