课件推送(沟槽栅功率MOSFET雪崩能力全面介绍-晏小北)
- 2026-09-21 08:25:08
来源：晏小北
关键信息摘录如下：
1、单脉冲雪崩，本质是热容量问题，其极限由本征温度Tint决定，失效机制为热失控；
重复脉冲雪崩，本质是热阻抗or热稳态问题，失效机制除热因素外，还有累积性损伤造成的材料退化，
这两种能力不能互相外推，单脉冲雪崩达标不代表器件重复雪崩能力过关；
2、单脉冲雪崩失效，以热失控为主，包括局部电流丝、寄生三极管导通、金属层熔化等；存在两种主要失效机制：能量相关失效，电流相关失效；
a、能量相关失效（energy related destruction），该机制与器件的能量吸收能力、瞬态散热能力相关，属于热失效；
只要电感中仍有电流，电感磁场的能量就会持续转化为电能，器件温度不断升高，直至逼近本征温度Tint，
Tint定义如上，其实就是本征载流子浓度等于背景掺杂浓度ND时的温度；更高Tint意味着器件在雪崩工况下可以吸收更多能量而不损坏。
改善措施：增加正面金属厚度，利用金属作为散热片，降低温升（已有研究证明，采用20μm厚的铜金属层，10μs级单脉冲工况，相同功率密度的器件，温升可降低50%）。
b、电流相关失效（current-related destruction），相关失效在开关瞬间，近乎瞬时发生，电流相关失效的根源是寄生BJT开启；
功率MOSFET中，N+源区、P阱和N外延，三者构成NPN寄生BJT。雪崩过程中，碰撞电离产生的空穴流经P阱，产生压降。一旦该电压降超过基区-发射区PN结内建电势，寄生BJT开启，N+源区向基区注入少子（电子）；BJT击穿电压从VCES（发射极与基极短路时的击穿电压）骤降至VCEO（基极开路时的击穿电压）；
改善措施：舍弃双扩散工艺，采用离子注入精准控制阱区掺杂分布；
3、重复脉冲雪崩失效，除热因素外，还有累积性损伤造成的材料退化；存在两种主要失效机制：参数漂移，材料退化；
a、参数漂移：每个脉冲内产生的热载流子栅氧，导致Vth漂移、IDSS增大，这是累积性的电应力损伤；
改善措施：无；
积土成山，积水成渊；设计者添加的保护措施能看到山渊，不能识别水土。
b、材料退化：反复的温度变化（温度循环）导致金属、键合线或欧姆接触区的材料发生变形、熔化乃至断裂，这是累积性的热-机械应力损伤；
改善措施：采用过温保护电路，避免积累温升；采用厚铜金属层，可以显著提升器件耐受能力；
4、器件选型取决于UIS是偶发故障还是常态操作，
若是偶发故障（短路、负载突降，数千次脉冲量级），无需特别强的抗疲劳设计，
若是常态感性开关（喷油阀、防滑制动等，脉冲次数可达百亿次量级且单次能量低到可以躲过过温保护电路），必须选用厚铜金属、深P区等抗疲劳设计。
推荐理由：许久没细细盘课件了，发现晏北兄这篇深入浅出，讲明白了雪崩能力；关于如何改善，欢迎大家多提建议，尤其是sic mosfet，某些场景貌似要100%UIS筛，为何，又够不；这样筛伤寿命不？！！！
全文完。
