雪崩失效的原因 雪崩能量的失效机理模式

雪崩能量的失效机理

功率MOSFET的雪崩损坏有三种模式：热损坏、寄生三极管导通损坏和VGS尖峰误触发导通损坏。

1) 热损坏

功率MOSFET在功率脉冲的作用下进入雪崩的工作状态，VDS电压增加，体到epi-结的电场也增加，当场强增加到临界值时（硅中大约为300kV/cm），产生载流子的雪崩倍增，导致电流突然急剧增加。雪崩倍增并不是一个损坏的过程，在这个过程中，由于功耗增加导致硅片的结温升高，当结温升高到硅片特性允许的临界值，失效将发生。

2) 寄生三极管导通损坏

寄生三极管的失效分为热击穿和二次击穿，如图所示。

热击穿：耗散功率转化为热，使集电结结温升高，集电结结电流进一步增大，使三极管烧毁。

二次击穿：局部大电流导致三极管烧通，使VCE击穿电压急剧降低，IC电流增大，使三极管烧毁。

图 寄生三极管雪崩失效

3) VGS尖峰误触发导通损坏

功率MOSFET在雪崩过程中硅片的温度升高，VGS的阈值急剧降低，同时在雪崩过程中，VDS的电压耦合到G极，在G、S上产生的电压VGS高于的阈值，MOSFET误触发而开通，导致瞬态的大电流流过硅片局部区域，产生电流熔丝效应，从而损坏功率MOSFET，在这个过程中，通常也会叠加寄生三极管导通的损坏机理。在实际应用中，UIS雪崩较少以这种方式发生失效。

雪崩失效的原因

雪崩失效：短路造成的失效

I****AS会流经MOSFET的基极寄生电阻RB。此时，寄生双极型晶体管的基极和发射极之间会产生 电位差V****BE ，如果该电位差 较大 ，则寄生双极晶体管可能会变为导通状态。一旦这个寄生双极晶体管导通，就会 流过大电流 ，MOSFET可能会因短路而 失效 。

雪崩失效：热量造成的失效

在雪崩击穿期间，不仅会发生由雪崩电流导致寄生双极晶体管误导通而造成的短路和损坏，还会发生由传导损耗带来的热量造成的 损坏 。如前所述，当MOSFET处于击穿状态时会流过雪崩电流。

在这种状态下，BV****DSS被施加到MOSFET并且流过 雪崩电流 ，它们的乘积成为 功率损耗 。这种功率损耗称为“ 雪崩能量E****AS ”。雪崩测试电路及其测试结果的波形如下图所示。此外，雪崩能量可以通过公式(1)来表示。

图 MOSFET的雪崩电路测试示意图

图 MOSFET的雪崩测试波形及雪崩能量公式