功率MOSFET雪崩擊穿問題分析

若此時MOSFET未發(fā)生故障，則在關(guān)斷時刻之前，其內(nèi)部耗散的能量為

E=LI_o²（14）

式中：E為耗散能量；

I_o為關(guān)斷前的漏極電流。

隨著能量的釋放，器件溫度發(fā)生變化，其瞬時釋放能量值為

P(t)=i(t)v=i(t)V_BR（15）

式中：

i(t)=I_o－t（16）

到任意時刻t所耗散的能量為

E=Pdt=L(I_o²－i²)（17）

在一定時間t后，一定的耗散功率下，溫升為

Δθ=P_oK（18）

式中：K=，其中ρ為密度；k為電導(dǎo)率；c為熱容量。

實(shí)際上耗散功率不是恒定的，用疊加的方法表示溫升為

Δθ=P_oK－δP_nK（19）

式中：δP_n=δi_nV_BR=V_BRδt；

P_o=I_oV_BR；

δt=t_n－t_n－1；

t_m=t=。

則溫升可以表示為

Δθ(t)=P_oK－Kδt（20）

可以表示成積分形式為

Δθ(t)=P_oK－Kdτ(21)

在某一時刻t溫升表達(dá)式為

Δθ(t)=P_oK－K(22)

將溫升表達(dá)式規(guī)范化處理，得

=(23)

式中：t_f=，為電流i=0的時刻；

Δθ_M為最大溫升(t=t_f/2時)。

則由式(22)得

Δθ=P_oK=I_oV_BRK(24)

由上面的分析過程可以看出，在功率MOSFET發(fā)生雪崩擊穿時，器件溫度與初始電流，以及器件本身的性能有關(guān)。在雪崩擊穿后如果沒有適當(dāng)?shù)木彌_、抑制措施，隨著電流的增大，器件發(fā)散內(nèi)部能量的能力越來越差，溫度上升很快，很可能將器件燒毀。在現(xiàn)代功率半導(dǎo)體技術(shù)中，MOSFET設(shè)計(jì)、制造的一個很重要方面就是優(yōu)化單元結(jié)構(gòu)，促進(jìn)雪崩擊穿時的能量耗散能力。

5 結(jié)語

與一般雙極性晶體管的二次擊穿不同，MOSFET的雪崩擊穿過程主要是由于寄生晶體管被激活造成的。MOSFET由于工作在高頻狀態(tài)下，其熱應(yīng)力、電應(yīng)力環(huán)境都比較惡劣，一般認(rèn)為如果外部電氣條件達(dá)到寄生三極管的導(dǎo)通門檻值，則會引起MOSFET故障。在實(shí)際應(yīng)用中，必須綜合考慮MOSFET的工作條件以及范圍，合理地選擇相應(yīng)的器件以達(dá)到性能與成本的最佳優(yōu)化。另一方面，在發(fā)生雪崩擊穿時，功率器件內(nèi)部的耗散功率會引起器件的發(fā)熱，可能導(dǎo)致器件燒毀。在新的功率MOSFET器件中，能量耗散能力、抑制溫升能力的已經(jīng)成為一個很重要的指標(biāo)。