什么是雪崩失效

當(dāng)向MOSFET施加高于絕對最大額定值BVDSS的電壓時(shí)，就會發(fā)生擊穿。當(dāng)施加高于BVDSS的高電場時(shí)，自由電子被加速并帶有很大的能量。這會導(dǎo)致碰撞電離，從而產(chǎn)生電子-空穴對。這種電子-空穴對呈雪崩式增加的現(xiàn)象稱為“雪崩擊穿”。在這種雪崩擊穿期間，與 MOSFET內(nèi)部二極管電流呈反方向流動的電流稱為“雪崩電流IAS”，參見下圖（1）。

MOSFET的失效機(jī)理

本文的關(guān)鍵要點(diǎn)

? 當(dāng)向MOSFET施加高于絕對最大額定值BVDSS的電壓時(shí)，會造成擊穿并引發(fā)雪崩擊穿。

? 發(fā)生雪崩擊穿時(shí)，會流過大電流，存在MOSFET失效的危險(xiǎn)。

? MOSFET雪崩失效包括短路造成的失效和熱量造成的失效。

什么是雪崩擊穿

當(dāng)向MOSFET施加高于絕對最大額定值BVDSS的電壓時(shí)，就會發(fā)生擊穿。當(dāng)施加高于BVDSS的高電場時(shí)，自由電子被加速并帶有很大的能量。這會導(dǎo)致碰撞電離，從而產(chǎn)生電子-空穴對。這種電子-空穴對呈雪崩式增加的現(xiàn)象稱為“雪崩擊穿”。在這種雪崩擊穿期間，與 MOSFET內(nèi)部二極管電流呈反方向流動的電流稱為“雪崩電流IAS”，參見下圖（1）。

MOSFET的雪崩失效電流路徑示意圖（紅色部分）

雪崩失效：短路造成的失效

如上圖所示，IAS會流經(jīng)MOSFET的基極寄生電阻RB。此時(shí)，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VBE，如果該電位差較大，則寄生雙極晶體管可能會變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。一旦這個(gè)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(shí)會流過雪崩電流。在這種狀態(tài)下，BVDSS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EAS”。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。

雪崩測試的電路簡圖

雪崩測試中MOSFET的電壓和電流波形

雪崩能量公式

一般情況下，有抗雪崩保證的MOSFET，在其規(guī)格書中會規(guī)定IAS和EAS的絕對最大額定值，因此可以通過規(guī)格書來了解詳細(xì)的值。在有雪崩電流流動的工作環(huán)境中，需要把握IAS和EAS的實(shí)際值，并在絕對最大額定值范圍內(nèi)使用。

引發(fā)雪崩擊穿的例子包括反激式轉(zhuǎn)換器中的MOSFET關(guān)斷時(shí)的反激電壓和寄生電感引起的浪涌電壓等。針對反激電壓引起的雪崩擊穿，對策包括在設(shè)計(jì)電路時(shí)采用降低反激電壓的設(shè)計(jì)或使用具有更高耐壓性能的MOSFET。而針對寄生電感引起的雪崩擊穿，改用引腳更短的封裝的MOSFET或改善電路板布局以降低寄生電感等都是比較有效的措施。

來源：羅姆半導(dǎo)體