雪崩能量的失效機(jī)理

功率MOSFET的雪崩損壞有三種模式：熱損壞、寄生三極管導(dǎo)通損壞和VGS尖峰誤觸發(fā)導(dǎo)通損壞。

1) 熱損壞

功率MOSFET在功率脈沖的作用下進(jìn)入雪崩的工作狀態(tài)，VDS電壓增加，體到epi-結(jié)的電場也增加，當(dāng)場強(qiáng)增加到臨界值時（硅中大約為300kV/cm），產(chǎn)生載流子的雪崩倍增，導(dǎo)致電流突然急劇增加。雪崩倍增并不是一個損壞的過程，在這個過程中，由于功耗增加導(dǎo)致硅片的結(jié)溫升高，當(dāng)結(jié)溫升高到硅片特性允許的臨界值，失效將發(fā)生。

2) 寄生三極管導(dǎo)通損壞

寄生三極管的失效分為熱擊穿和二次擊穿，如圖所示。

熱擊穿：耗散功率轉(zhuǎn)化為熱，使集電結(jié)結(jié)溫升高，集電結(jié)結(jié)電流進(jìn)一步增大，使三極管燒毀。

二次擊穿：局部大電流導(dǎo)致三極管燒通，使VCE擊穿電壓急劇降低，IC電流增大，使三極管燒毀。

圖 寄生三極管雪崩失效

3) VGS尖峰誤觸發(fā)導(dǎo)通損壞

功率MOSFET在雪崩過程中硅片的溫度升高，VGS的閾值急劇降低，同時在雪崩過程中，VDS的電壓耦合到G極，在G、S上產(chǎn)生的電壓VGS高于的閾值，MOSFET誤觸發(fā)而開通，導(dǎo)致瞬態(tài)的大電流流過硅片局部區(qū)域，產(chǎn)生電流熔絲效應(yīng)，從而損壞功率MOSFET，在這個過程中，通常也會疊加寄生三極管導(dǎo)通的損壞機(jī)理。在實(shí)際應(yīng)用中，UIS雪崩較少以這種方式發(fā)生失效。

雪崩失效的原因

雪崩失效：短路造成的失效

I****AS會流經(jīng)MOSFET的基極寄生電阻RB。此時，寄生雙極型晶體管的基極和發(fā)射極之間會產(chǎn)生 電位差V****BE ，如果該電位差 較大 ，則寄生雙極晶體管可能會變?yōu)?strong>導(dǎo)通狀態(tài)。一旦這個寄生雙極晶體管導(dǎo)通，就會 流過大電流 ，MOSFET可能會因短路而 失效 。

雪崩失效：熱量造成的失效

在雪崩擊穿期間，不僅會發(fā)生由雪崩電流導(dǎo)致寄生雙極晶體管誤導(dǎo)通而造成的短路和損壞，還會發(fā)生由傳導(dǎo)損耗帶來的熱量造成的 損壞 。如前所述，當(dāng)MOSFET處于擊穿狀態(tài)時會流過雪崩電流。

在這種狀態(tài)下，BV****DSS被施加到MOSFET并且流過 雪崩電流 ，它們的乘積成為 功率損耗 。這種功率損耗稱為“ 雪崩能量E****AS ”。雪崩測試電路及其測試結(jié)果的波形如下圖所示。此外，雪崩能量可以通過公式(1)來表示。

圖 MOSFET的雪崩電路測試示意圖

圖 MOSFET的雪崩測試波形及雪崩能量公式