MOSFET雪崩击穿图解 MOSFET避免雪崩失效的方法

雪崩击穿失效机理是什么？

当功率器件承受的雪崩耐量超过极限后，芯片最终会损坏，然而单脉冲雪崩与重复雪崩的失效机理并不相同。

单脉冲雪崩发生时，持续的时间一般在微秒量级，我们发现由于热容的存在，瞬时热量不足以传递到芯片引线框和封装体，雪崩击穿位置的温度会急剧上升，当超过PN结极限温度（约400℃）时，芯片热击穿损坏。所以单脉冲雪崩的极限温度限制是PN结的热击穿温度，而非器件手册标称的最高工作温度Tjmax（150℃）。图给出了在单脉冲雪崩后器件局部热击穿损坏照片。

图 单脉冲雪崩引起的器件局部热击穿损坏

重复雪崩的失效机理主要有两种，一种是重复雪崩过程中芯片结温超过Tjmax，而带来的器件损坏；另一种表现为重复雪崩老化过程中，由于热载流子效应而带来的器件参数漂移，是一个缓慢退化的过程。

MOSFET雪崩击穿图解

Power MOSFET四层结构的横截面如图所示，通过MOSFET横截面结构图可以发现MOSFET体内存在 基极寄生电阻 、 寄生电容 、寄生双极****晶体管和 内置二极管 。

图 Power MOSFET四层结构横截面

MOSFET雪崩击穿的等效电路如图所示，当在MOSFET中的漏极和源极之间施加高于击穿电压的电压时，内置二极管(相当于pn结)进入雪崩击穿并通过雪崩电流。在这种雪崩击穿期间，与 MOSFET内部二极管电流呈反方向流动的电流称为“ 雪崩电流I****AS ”，参见下图(1)中雪崩电流路径。

图 MOSFET雪崩失效电流路径示意图(红色部分)

MOSFET避免雪崩失效的方法

一般情况下，有抗雪崩保证的MOSFET，在其规格书中会规定IAS和EAS的绝对最大额定值，因此可以通过规格书来了解详细的值。在有雪崩电流流动的工作环境中，需要把握I****AS和E****AS的 实际值 ，并在绝对最大额定值范围内使用。

引发雪崩击穿的例子包括反激式转换器中的MOSFET关断时的反激电压和寄生电感引起的浪涌电压等。针对反激电压引起的 雪崩击穿 ，对策包括在设计电路时采用降低反激电压的设计或使用具有更高耐压性能的MOSFET。而针对寄生电感引起的 雪崩击穿 ，改用引脚更****短的封装的MOSFET或改善电路板布局以降低寄生电感等都是比较有效的措施。