MOSFET的失效机理

MOSFET的失效机理

本文的关键要点

・SOA是“Safety Operation Area”的缩写，意为“安全工作区”。

・需要在SOA范围内使用MOSFET等产品。

・有五个SOA的制约要素，不满足其中任何一个要素的要求都有可能会造成失效。

什么是SOA（Safety Operation Area）？

SOA是“Safety Operation Area”的缩写，意为“安全工作区”。要想安全使用MOSFET，就需要在SOA范围内使用MOSFET，超过这个范围就有可能造成损坏。在SOA范围之外工作时造成的损坏称为“SOA失效”。例如，SJ MOSFET（Super Junction MOSFET）R6024KNX的SOA如下所示：

 

SJ MOSFET R6024KNX的SOA

SOA由纵轴上的漏极电流ID和横轴上的漏源电压VDS来表示。也就是说，VDS、ID及它们的乘积（功率损耗PD）、以及二次击穿区决定了MOSFET的安全工作范围。另外，施加功率的脉冲宽度PW也是决定SOA的重要因素。SOA划分为图中所示的（1）～（5）个区域。

SOA的区域划分、限制以及与失效之间的关系

下面介绍一下图中的区域（1）～（5）。

区域（1）：漏极电流ID受MOSFET的导通电阻RDS（ON）限制的区域

是指即使施加的VDS小于绝对最大额定值，ID也会受到RDS（ON）限制的区域。根据欧姆定律I=V/R，ID只能流到红线位置。

※图中的区域是VGS＝10V时的示例

区域（2）：由施加脉冲时漏极电流的绝对最大额定值IDP决定的区域

（2）的绿线是规格书中规定的IDP的绝对最大额定值。当然，绝对最大额定值是绝对不能超过的，因此当IDP超过该值时是无法使用的。如果在超过该值的范围（电流值）使用，由于超出了保证的工作范围，因此可能会造成损坏。

区域（3）：热限制区域

这是由MOSFET的容许损耗PD决定的区域。受施加功率的脉冲宽度PW和瞬态热阻的限制。只要在该范围内，Tj通常不会超过绝对最大额定值TjMAX，因此可以安全使用。但是请注意，该线会因环境温度、MOSFET的实际安装条件和散热条件等因素而异。此外，作为开关使用MOSFET时，可能会瞬间被施加高电压和大电流，因此即使在开关的瞬态状态下也必须注意不要超过区域（3）的限制。

区域（4）：二次击穿区域

当在施加高电压的状态下流过电流时，元器件内部的局部可能会流过大电流并造成损坏，这称为“二次击穿”。这条线是用来防止造成二次击穿状态的限制线。与区域（3）的热限制区域一样，二次击穿区域也受环境温度等因素的影响。

区域（5）：由MOSFET漏源电压的绝对最大额定值VDSS决定的区域

这是规格书中规定的受VDSS限制的区域，如果超过这个区域，就可能发生击穿并造成损坏。需要注意的是，由反激电压和寄生电感引起的电压变化，可能会瞬间超过该限制。

审核编辑：何安