功率MOSFET的UIS雪崩損壞模式

　　功率MOSFET的UIS雪崩損壞有三種模式：熱損壞、寄生三極管導通損壞和VGS尖峰誤觸發導通損壞。

　　1、熱損壞

　　功率MOSFET在功率脈沖的作用下進入UIS雪崩的工作狀態，VDS電壓增加，體到epi-結的電場也增加，當場強增加到臨界值時（硅中大約為3*e5V/cm），產生載流子的雪崩倍增，導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，由于功耗增加導致硅片的結溫升高，當結溫升高到硅片特性允許的臨界值，失效將發生。

　　傳統的平面工藝的功率MOSFET，由于單元密度小、工藝簡單，單元的一致性好，溝道產生的熱量可以在單元之間的空間很好的傳導，在大多數情況下，硅片不同區域的溫度差異小，雪崩過程產生的損壞，就完全由硅片整體的熱擊穿所決定。

　　功率MOSFET邊沿在生產切割過程中可能有應力損傷產生大的漏電流，導致擊穿電壓和長期穩定性下降，雪崩能力變差，在結構上可以通過在邊緣加場板或場環來提高。

　　2、寄生三極管導通損壞

　　功率MOSFET在UIS雪崩過程中，電壓增加時，體到epi-結的電場也增加，當場強增加到臨界值時（硅中大約為3*e5V/cm），產生載流子的雪崩倍增，導致電流突然急劇增加，同時熱產生的載流子在外延區形成，產生熱點。

　　功率MOSFET內部的結構具有一個寄生的三極管，電流流過的通路包括空穴電流流過的路徑IH(IH=ID)，就有可能產生高的電流密度，當VBE=IH*(Rp+Rc)>0.7V時，基級電流IB增加和三級管的放大作用促使局部的寄生三極管導通。其中，Rp為源極下體的夾擠電阻，Rc為連接電阻。

　　此狀態發生后，柵極不再能夠關斷MOSFET的電流。由于局部的不一致性，那些弱的單元，寄生的三極管導通后，NPN管有負的溫度系數，在高溫大電流的條件下導通，會導致溫度越高的單元分擔越多的電流，這樣在弱的單元，產生電流熔絲效應，從而導致失控發生。

　　即便是短的低能量的高壓脈沖，只有高于臨界的電流密度時才發生失效。高的Rp值和Rc值降低了UIS能力，新一代功率MOSFET結構中，如高壓超結SJ以及低中壓屏蔽柵SGT工藝，采用高電流密度單元結構，三極管放大倍數非常高，雖然Rp值并不大，但是Rp和Rc都會隨著溫度的增加而增加，射-基的開啟電壓VBE隨著溫度增加而減小，UIS能力隨溫度增加而降低。

　　同時，新一代的結構工藝復雜，增加了單元性能的不一致性；單元密度大，相互間加熱，容易導致發熱和溫升的局部集中，從而影響UIS雪崩能力。

　　另外，體內二極管反向恢復期間，漏極的電壓快速的上升會使寄生的雙極型晶體管導通，漏極電壓快速上升，然而少數載流子重組導致發射結正偏，使晶體管導通，器件損壞。以后在二極管的內容中再來討論。

　　電感值降低時，電流上升快，功率MOSFET管雪崩產生的熱量，由于內部熱容的延遲效應，不能及時的耗散出去，更容易導致局部的單元過熱而損壞，因此雪崩能量下降。

　　3、VGS尖峰誤觸發導通損壞

　　功率MOSFET在UIS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上產生的電壓VGS高于的閾值，MOSFET誤觸發而開通，導致瞬態的大電流流過硅片局部區域，產生電流熔絲效應，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通的損壞機理。

　　在實際應用中，UIS雪崩較少以這種方式發生失效。

　　4、什么應用條件要考慮雪崩能量？

　　在實際的應用中，雪崩的損壞大多是因為多個極端邊界條件共同的作用，例如：高溫下，系統輸出短路及過載測試，輸入過電壓測試以及動態的老化測試中。過壓損壞通常直接理解為雪崩失效損壞，因為雪崩的過程伴隨著過壓的現象，只有那些在MOSFET的D和S極產生較大的電壓尖峰應用，就要考慮器件的雪崩能量。

　　電壓尖峰產生的能量主要由電感和電流所決定，對于反激應用，MOSFET關斷時會產生較大的電壓尖峰：VIN+輸出反射電壓+漏感，正常的情況下，有箝位電路，功率器件都會降額，從而留有足夠的電壓余量，不會出現問題。

　　但是，在一些極端條件下，測試輸出短路啟動或工作中短路，然后短路保護起作用，系統關斷，然后重起，如此反復，輸出短路時，初級電感可能會飽和，產生較大的電流，箝位電路工作有可能不正常工作，漏感產生較大尖峰，器件就會有雪崩損壞的可能，因此在這樣的應用條件下，就要考慮器件的雪崩能量。

　　一些電機負載由于是感性負載，而且啟動和堵轉過程中產生極大的沖擊電流，因此這樣的應用也要考慮器件的雪崩能量。