雪崩能量的失效機理

功率MOSFET的雪崩損壞有三種模式：熱損壞、寄生三極管導通損壞和VGS尖峰誤觸發導通損壞。

1) 熱損壞

功率MOSFET在功率脈沖的作用下進入雪崩的工作狀態，VDS電壓增加，體到epi-結的電場也增加，當場強增加到臨界值時（硅中大約為300kV/cm），產生載流子的雪崩倍增，導致電流突然急劇增加。雪崩倍增并不是一個損壞的過程，在這個過程中，由于功耗增加導致硅片的結溫升高，當結溫升高到硅片特性允許的臨界值，失效將發生。

2) 寄生三極管導通損壞

寄生三極管的失效分為熱擊穿和二次擊穿，如圖所示。

熱擊穿：耗散功率轉化為熱，使集電結結溫升高，集電結結電流進一步增大，使三極管燒毀。

二次擊穿：局部大電流導致三極管燒通，使VCE擊穿電壓急劇降低，IC電流增大，使三極管燒毀。

圖 寄生三極管雪崩失效

3) VGS尖峰誤觸發導通損壞

功率MOSFET在雪崩過程中硅片的溫度升高，VGS的閾值急劇降低，同時在雪崩過程中，VDS的電壓耦合到G極，在G、S上產生的電壓VGS高于的閾值，MOSFET誤觸發而開通，導致瞬態的大電流流過硅片局部區域，產生電流熔絲效應，從而損壞功率MOSFET，在這個過程中，通常也會疊加寄生三極管導通的損壞機理。在實際應用中，UIS雪崩較少以這種方式發生失效。

雪崩失效的原因

雪崩失效：短路造成的失效

I****AS會流經MOSFET的基極寄生電阻RB。此時，寄生雙極型晶體管的基極和發射極之間會產生 電位差V****BE ，如果該電位差 較大 ，則寄生雙極晶體管可能會變為導通狀態。一旦這個寄生雙極晶體管導通，就會 流過大電流 ，MOSFET可能會因短路而 失效 。

雪崩失效：熱量造成的失效

在雪崩擊穿期間，不僅會發生由雪崩電流導致寄生雙極晶體管誤導通而造成的短路和損壞，還會發生由傳導損耗帶來的熱量造成的 損壞 。如前所述，當MOSFET處于擊穿狀態時會流過雪崩電流。

在這種狀態下，BV****DSS被施加到MOSFET并且流過 雪崩電流 ，它們的乘積成為 功率損耗 。這種功率損耗稱為“ 雪崩能量E****AS ”。雪崩測試電路及其測試結果的波形如下圖所示。此外，雪崩能量可以通過公式(1)來表示。

圖 MOSFET的雪崩電路測試示意圖

圖 MOSFET的雪崩測試波形及雪崩能量公式