雪崩擊穿失效機理是什么？

當功率器件承受的雪崩耐量超過極限后，芯片最終會損壞，然而單脈沖雪崩與重復雪崩的失效機理并不相同。

單脈沖雪崩發生時，持續的時間一般在微秒量級，我們發現由于熱容的存在，瞬時熱量不足以傳遞到芯片引線框和封裝體，雪崩擊穿位置的溫度會急劇上升，當超過PN結極限溫度（約400℃）時，芯片熱擊穿損壞。所以單脈沖雪崩的極限溫度限制是PN結的熱擊穿溫度，而非器件手冊標稱的最高工作溫度Tjmax（150℃）。圖給出了在單脈沖雪崩后器件局部熱擊穿損壞照片。

圖 單脈沖雪崩引起的器件局部熱擊穿損壞

重復雪崩的失效機理主要有兩種，一種是重復雪崩過程中芯片結溫超過Tjmax，而帶來的器件損壞；另一種表現為重復雪崩老化過程中，由于熱載流子效應而帶來的器件參數漂移，是一個緩慢退化的過程。

MOSFET雪崩擊穿圖解

Power MOSFET四層結構的橫截面如圖所示，通過MOSFET橫截面結構圖可以發現MOSFET體內存在 基極寄生電阻 、 寄生電容 、寄生雙極****晶體管和 內置二極管 。

圖 Power MOSFET四層結構橫截面

MOSFET雪崩擊穿的等效電路如圖所示，當在MOSFET中的漏極和源極之間施加高于擊穿電壓的電壓時，內置二極管(相當于pn結)進入雪崩擊穿并通過雪崩電流。在這種雪崩擊穿期間，與 MOSFET內部二極管電流呈反方向流動的電流稱為“ 雪崩電流I****AS ”，參見下圖(1)中雪崩電流路徑。

圖 MOSFET雪崩失效電流路徑示意圖(紅色部分)

MOSFET避免雪崩失效的方法

一般情況下，有抗雪崩保證的MOSFET，在其規格書中會規定IAS和EAS的絕對最大額定值，因此可以通過規格書來了解詳細的值。在有雪崩電流流動的工作環境中，需要把握I****AS和E****AS的 實際值 ，并在絕對最大額定值范圍內使用。

引發雪崩擊穿的例子包括反激式轉換器中的MOSFET關斷時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 ，對策包括在設計電路時采用降低反激電壓的設計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。