IGBT及其子器件的幾種失效模式

摘要：本文通過案例和實驗，概述了四種IGBT及其子器件的失效模式：MOS柵擊穿、IGBT-MOS閾值電壓漂移、IGBT有限次連續短路脈沖沖擊的積累損傷和靜電保護用高壓npn管的硅熔融。

關鍵詞：柵擊穿 閾值電壓漂移  積累損傷  硅熔融

1、  引言

　　IGBT及其派生器件，例如：IGCT，是MOS和雙極集成的混合型半導體功率器件。因此，IGBT的失效模式，既有其子器件MOS和雙極的特有失效模式，還有混合型特有的失效模式。MOS是靜電極敏感器件，因此，IGBT也是靜電極敏感型器件，其子器件還應包括靜電放電（SED）防護器件。據報道，失效的半導體器件中，由靜電放電及相關原因引起的失效，占很大的比例。例如：汽車行業由于失效而要求退貨的器件中，其中由靜電放電引起的失效就占約30%。

　　本文通過案例和實驗，概述IGBT及其子器件的四種失效模式：

（1）       MOS柵擊穿；

（2）       IGBT——MOS閾值電壓漂移；

（3）       IGBT壽命期內有限次連續短路脈沖沖擊的累積損傷；

（4）       靜電放電保護用高壓npn管的硅熔融。

2、  MOS柵擊穿

　　IGBT器件的剖面和等效電路見圖1。

　　由圖1可見，IGBT是由一個MOS和一個npnp四層結構集成的器件。而MOS是金屬—氧化物—半導體場效應管的簡稱。其中，氧化物通常是硅襯底上氧化而生成的SIO₂，有時還迭加其他的氧化物層，例如Si₃N₄，Al₂O₃。通常設計這層SiO₂的厚度ts：{{分頁}}

　　微電子系統：ts<1000A電力電子系統：ts≥1000A。

　　SiO₂，介質的擊穿電壓是1