MOSFET雪崩擊穿額定值理論分析-KIA MOS管

雪崩模式定義

所有半導(dǎo)體器件都具有一定的最大反向電壓額定值（功率 MOSFET 的 BV DSS）。高于此閾值的操作將導(dǎo)致反向偏置 pn 結(jié)中的高電場(chǎng)。

由于碰撞電離，高電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，這些電子-空穴對(duì)會(huì)產(chǎn)生倍增效應(yīng)，從而導(dǎo)致電流增加。流過(guò)器件的反向電流會(huì)導(dǎo)致高功耗、相關(guān)的溫升和潛在的器件損壞。

工業(yè)應(yīng)用中發(fā)生的雪崩

反激式轉(zhuǎn)換器電路

一些設(shè)計(jì)者不允許雪崩操作；相反，在額定 BV DSS 和 VDD 之間保持電壓降額（通常為 90% 或更少）。

然而，在這種情況下，可能會(huì)出現(xiàn)超出計(jì)劃的電壓尖峰的情況并不少見(jiàn)，因此即使是最好的設(shè)計(jì)也可能會(huì)遇到非頻率雪崩事件。圖 1 顯示了一個(gè)這樣的示例，即反激式轉(zhuǎn)換器。

MOSFET 雪崩額定值

反激式轉(zhuǎn)換器電路

在反激式轉(zhuǎn)換器的 MOSFET 操作期間，能量存儲(chǔ)在漏電感中。如果電感未正確鉗位，在 MOSFET 關(guān)斷期間，漏電感通過(guò)初級(jí)開(kāi)關(guān)放電，并可能導(dǎo)致雪崩操作，如圖 2 和 3 中 VDS、ID 和 VGS 與時(shí)間的關(guān)系波形所示。

MOSFET 雪崩額定值

雪崩波形下的反激式轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)：

MOSFET 雪崩額定值

雪崩波形下的反激式轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)（詳細(xì)）

雪崩故障模式

一些功率半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)為在有限時(shí)間內(nèi)承受一定量的雪崩電流，因此可以達(dá)到雪崩額定值。其他人會(huì)在雪崩開(kāi)始后很快失敗。性能差異源于特定的設(shè)備物理、設(shè)計(jì)和制造。

功率 MOSFET 器件物理

所有半導(dǎo)體器件都包含器件物理設(shè)計(jì)固有的寄生元件。

在功率 MOSFET 中，這些組件包括由于 p 和 n 區(qū)之間的結(jié)中的電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的電容器、與材料電阻率相關(guān)的電阻器、在 p+ 體擴(kuò)散進(jìn)入 n- 外延層時(shí)形成的體二極管，以及 NPN（雙極結(jié)型晶體管此后稱為 BJT）序列（BJT），在 n+ 源極觸點(diǎn)擴(kuò)散的地方形成。

請(qǐng)參見(jiàn)圖 4 了解包含上面列出的寄生元件的功率 MOSFET 橫截面，參見(jiàn)圖 5 了解器件的完整電路模型。

MOSFET 雪崩額定值