MOSFET常见失效的机理讨论分析
MOSFET失效原因深度分析，附：失效预防措施
MOSFET失效原因深度分析，附：失效预防措施作为开关电源工程师，会经常碰到电源板上MOSFET无法正常工作，首先，要正确测试判断MOSFET是否失效，然后关键是要找到失效背后的原因，并避免再犯同样的错误，本文整理了常见的MOSFET 失效的几大原因，以及如何避免失效的具体措施。
用万用表简单检测MOS管是否完好测试MOS好坏用指针式万用表方便点，测试时选择欧姆R×10K 档，这时电压可达10.5V，红笔是负电位，黑笔是正电位。
测试步骤：MOS管的检测主要是判断MOS管漏电、短路、断路、放大。
其步骤如下：1、把红笔接到MOS的源极S上，黑笔接到MOS管的漏极上，好的表针指示应该是无穷大。
如果有阻值没被测MOS管有漏电现象。
2、用一只100KΩ－200KΩ的电阻连在栅极和源极上，然后把红笔接到MOS的源极S上，黑笔接到MOS管的漏极上，这时表针指示的值一般是0，这时是下电荷通过这个电阻对MOS管的栅极充电，产生栅极电场，由于电场产生导致导电沟道致使漏极和源极导通，故万用表指针偏转，偏转的角度大，放电性越好。
3、把连接栅极和源极的电阻移开，万用表红黑笔不变，如果移开电阻后表针慢慢逐步退回到高阻或无穷大，则MOS管漏电，不变则完好。
4、然后一根导线把MOS管的栅极和源极连接起来，如果指针立即返回无穷大，则MOS完好。
----------------------------MOSFET失效的六大原因1：雪崩失效（电压失效），也就是我们常说的漏源间的BVdss电压超过MOSFET的额定电压，并且超过达到了一定的能力从而导致MOSFET失效。
2：SOA失效（电流失效），既超出MOSFET安全工作区引起失效，分为Id超出器件规格失效以及Id过大，损耗过高器件长时间热积累而导致的失效。
3：体二极管失效：在桥式、LLC等有用到体二极管进行续流的拓扑结构中，由于体二极管遭受破坏而导致的失效。
4：谐振失效：在并联使用的过程中，栅极及电路寄生参数导致震荡引起的失效。
mosfet失效模式
mosfet失效模式MOSFET失效模式MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常见的功率开关器件，广泛应用于电子设备和电路中。
然而，由于使用环境、工作条件、电路设计等因素，MOSFET可能会出现失效的情况。
本文将探讨MOSFET的失效模式及其原因。
1. 功率失效MOSFET在工作期间会受到电流和电压的作用，如果超过了其额定值，就会导致功率失效。
这可能是由于过电压、过电流或过热等原因引起的。
过电压会导致MOSFET的击穿，破坏其绝缘层，使其失效。
过电流会导致MOSFET内部的电流密度过大，导致器件过热甚至烧毁。
2. 静电失效静电是电子设备中常见的敌人之一。
当静电放电到MOSFET时，会产生高电压冲击，导致MOSFET的栅极-源极或栅极-漏极结构受损，甚至击穿。
因此，在MOSFET的使用和维护过程中，需要注意防止静电的积累和放电。
3. 温度失效MOSFET的工作温度范围一般在-55℃到150℃之间，超出这个范围可能导致器件失效。
高温会导致MOSFET内部结构的热膨胀，可能破坏金属氧化物层或导致材料的迁移，从而影响器件的性能和可靠性。
此外，温度还会影响MOSFET的导通特性和开关速度，超过一定温度范围可能导致MOSFET无法正常工作。
4. 电压失效MOSFET的工作电压一般由其栅极-源极电压和栅极-漏极电压决定。
如果电压超过了MOSFET的额定电压，就会导致电压失效。
过高的电压可能会导致栅极-源极或栅极-漏极结构的击穿，损坏绝缘层，从而导致器件失效。
5. 电磁失效电磁干扰是指来自外部电磁场的干扰信号，可能会对MOSFET的性能和可靠性造成负面影响。
这些干扰信号可能来自电源线、电磁波辐射、电磁感应等。
电磁干扰可能导致MOSFET内部结构的损坏或电流传输的不稳定，进而导致器件失效。
为了避免MOSFET失效，可以采取以下措施：1. 使用符合规范的电源和电路设计，确保MOSFET的工作电压和电流不超过其额定值。
MOSFET常见失效的机理讨论
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正常状态下的MOSFET特性
• Mosfet工作原理
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N-ch MOSFET的工作原理
• Mosfet的截止状态：Vgs=0, Vds>0,P基区与N漂移区之间 P-N结反偏，漏源（DS）之间无电流通过。
• Mosfet的导通状态：Vgs>0, 当Vgs>Vth时P区反型，P-N结 消失，漏源导通。
封装树脂耐湿性差，受热时水分气 化体积倍增，使得界面发生剥离，严重时引起裂纹
• 划痕
减薄、划片、装片过程。
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III. 雪崩击穿
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三极管的工作原理
• 晶体管：用不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺 杂区域，并形成两个PN结，就构成了晶体管. 为电流控制 的器件。
• 仅需很小的电流维持基极－发射极的正向偏置，即可开启 BJT， 在集电极引出端获得很大的输出电流。
• 当焊料中有空洞存在时，空气的热阻挡作用使得此区域的热传导性能 下降，无法散发出去的热将积累并聚集在此区域。经过一定周期的热 循环之后，热集中将使此局部区域温度升高。空洞中气体的存在会在 热循环过程中产生收缩和膨胀的应力作用，空洞存在的地方成为应力 集中点，并成为产生应力裂纹的根本原因。热集中加剧了裂纹扩展并 导致芯片短路，在大电流的冲击下最终导致芯片发生EOS。
• 反向击穿的另一个机制是tunneling。Tunneling是一种量子机制 过程，它能使粒子在不管有任何障碍存在时都能移动一小段距离 。如果耗尽区足够薄，那么载流子就能靠tunneling跳跃过去。 Tunneling电流主要取决于耗尽区宽度和结上的电压差。 Tunneling引起的反向击穿称为齐纳击穿。
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mosfet 失效率 -回复
mosfet 失效率-回复mosfet（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常见且重要的电子器件，广泛应用于功率放大、开关和逻辑电路等领域。
然而，由于各种原因，mosfet在一段时间后可能会失效，导致电子设备的性能下降甚至完全无法工作。
本文将逐步回答mosfet失效率这一主题，介绍mosfet失效的原因、类型和影响，并讨论如何延长mosfet的工作寿命。
首先，我们来了解mosfet失效的原因。
mosfet器件的失效通常是由以下因素引起的：1. 过高或过低的工作温度：mosfet在过高或过低的工作温度下容易出现热失效或冷失效。
过高的温度会使器件内部的金属、氧化物和半导体材料发生氧化、热膨胀等问题，从而导致mosfet性能的退化或故障。
2. 过压或过电流：当mosfet承受超过其额定电压或电流的负载时，其内部组件可能会受到损坏，例如金属线材、栅极氧化物层或源极结构等。
3. 电荷或辐射损伤：因为mosfet的半导体材料容易受到环境中的电荷积累或辐射的影响，当电荷或辐射损伤严重时，mosfet的特性将发生改变甚至无法正常工作。
根据mosfet失效的类型，我们可以将其分为以下几类：1. 电源故障（Power Supply Failure）电源故障是由于mosfet所连接的电源的电压偏离额定范围而导致的。
当电源电压过高或过低时，mosfet可能会过载、烧毁或损坏。
这种故障通常是由于电源电压调节器或过电压保护电路失效引起的。
2. 热失效（Thermal Failure）热失效是由于mosfet长时间工作在过高的温度下而导致的。
温度过高可以引发金属与半导体之间的界面扩散、线材融化、金属线材断裂等问题。
结果将是mosfet的电特性发生了变化，出现工作不稳定、其性能退化或永久损坏。
3. 电荷（辐射）损伤（Charge/Radiation Damage）电荷损伤是由于mosfet长时间暴露在带电环境或放射性环境中引起的。
MOSFET损坏原因分析及解决方法
MOSFET损坏的原因分析及解决方法MOSFET是：（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），（Field Effect Trans istor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Meta l Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。
结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。
其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。
2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。
导电机理与小功率mos管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSF ET（Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。
功率MOSFET为多元集成结构，如国际整流器公司（International Rectifier）的HEX FET采用了六边形单元；西门子公司（Siemens）的SIPMOSFET采用了正方形单元；摩托罗拉公司（Motorola）的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列。
mosfet损坏原因
金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是一种常见的半导体器件，用于电子设备中的开关和放大等功能。
MOSFET可能因多种原因而损坏，以下是一些可能导致MOSFET损坏的常见原因：
1.静电放电（ESD）：静电放电可能会在MOSFET的引脚或外壳上积累电荷，当电荷积累
到一定程度时，可能导致器件击穿和损坏。
2.过电压：过大的电压可能会使MOSFET的绝缘层击穿，导致电流流过并损坏器件。
3.过电流：当过大的电流流过MOSFET时，可能会引起局部过热和损坏。
这可能是由于
过大的负载、短路等原因引起的。
4.过温：高温会导致半导体材料的性能退化，使器件性能下降甚至损坏。
5.封装问题：错误的封装、焊接不良或封装材料的质量问题可能会影响器件的性能和稳
定性，导致损坏。
6.静态电荷积累：长时间运行在某个特定电压下，会在MOSFET内部积累静电电荷，可
能导致器件损坏。
7.温度循环：反复的温度循环可能导致MOSFET内部应力和膨胀不匹配，引起损坏。
8.元件老化：长时间的工作可能会引起材料老化和性能下降，逐渐导致MOSFET失效。
9.原始制造缺陷：制造过程中的缺陷可能会导致初始器件就存在问题，长时间使用后可
能会出现故障。
10.边缘效应：在MOSFET的边缘区域，电场和电流密度可能较高，可能导致损坏。
11.不合适的工作环境：在恶劣的工作环境下，如高辐射、强电磁干扰等，MOSFET可能
会受到损害。
综上所述，MOSFET可能因多种因素导致损坏，使用者应注意合适的工作条件、适当的保护措施，以及正确的安装和操作，以延长器件的使用寿命并减少损坏的风险。
开关电源中功率MOSFET损坏模式及分析
开关电源中功率MOSFET损坏模式及分析功率MOSFET是一种常用于开关电源中的半导体器件，它起到了开关功率的关键作用。
然而，在特定的工作条件下，功率MOSFET也会发生损坏。
本文将对功率MOSFET的损坏模式进行分析。
功率MOSFET的损坏模式主要包括过压损坏、超温损坏、过电流损坏和静电损坏等。
首先，过压损坏是功率MOSFET最常见的损坏模式之一、当输入电压超过器件额定电压时，功率MOSFET可能会发生击穿现象，并导致永久损坏。
过压损坏通常是由于输入电压幅值过高或电压突变引起的。
为了避免过压损坏，可以采用电压稳压电路、电压限制器等电路保护措施。
其次，超温损坏也是功率MOSFET常见的损坏模式之一、当功率MOSFET长时间工作在超过其承受温度的条件下时，温度将升高导致器件内部结构变形，从而引起电性能下降或永久损坏。
超温损坏的原因主要包括功率MOSFET自身内部功率损耗过大、散热不良或环境温度过高等。
为了避免超温损坏，应根据功率MOSFET的热特性设计合理的散热系统，并控制输入功率使其在规定范围内。
此外，过电流损坏也是功率MOSFET常见的损坏模式之一、当输出电流超过功率MOSFET额定电流时，将导致器件内部的金属导线断裂或焦糊，进而导致器件永久损坏。
过电流损坏的原因主要包括负载过大、短路故障等。
为了避免过电流损坏，可以采用电流限制保护电路或过载保护电路等。
静电损坏也是功率MOSFET容易发生的损坏模式之一、静电放电会产生高压瞬态电流，这些电流可能会击穿功率MOSFET内部的绝缘层导致器件损坏。
为了避免静电损坏，通常在使用和维护功率MOSFET时需要注意防静电措施，如使用静电手环、电磁屏蔽等。
在实际设计和应用中，一般采取多种保护措施来降低功率MOSFET的损坏风险。
这些措施包括过压保护电路、超温保护电路、过电流保护电路、静电保护电路等。
通过合理选择和使用这些保护措施，可以有效地防止功率MOSFET的损坏并延长其使用寿命。
剖析MOSFET物理结构工作原理及失效
剖析MOSFET物理结构工作原理及失效MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）是一种常见的电子器件，用于控制和放大电流。
它由多个不同的区域组成，包括金属栅极、氧化物绝缘层和半导体材料。
MOSFET的物理结构包括一个P型或N型的半导体基底，上面覆盖着一个绝缘层，然后是一个金属栅极。
这个栅极可以通过施加电压来控制绝缘层下的电荷密度，从而控制电流的流动。
当栅极电压为零时，绝缘层下没有电荷，大部分的电流被阻断。
当栅极电压与基底之间施加一个正电压时，绝缘层下形成一个正电荷层，使得电流可以通过。
相反，当栅极电压与基底之间施加一个负电压时，绝缘层下形成一个负电荷层，也使得电流可以通过。
因此，通过控制栅极电压，可以控制MOSFET中的电流。
MOSFET的工作原理基于场效应，即栅极电场的作用。
当栅极电压改变时，栅极下的电场也会改变，从而改变绝缘层下的电荷密度。
这个电场的改变会影响绝缘层和半导体之间的电荷分布，进而影响电流的流动。
当栅极电压高于阈值电压时，MOSFET处于导通状态，电流可以通过。
当栅极电压低于阈值电压时，MOSFET处于截止状态，电流被阻断。
然而，MOSFET也存在一些可能的失效模式。
其中一个常见的失效是漏电流增加，即在截止状态下存在较大的漏电流。
这可能是由于绝缘层中存在缺陷或污染物导致的。
另一个常见的失效是击穿，即当栅极电压过高时，绝缘层会被击穿，导致电流突然增加，可能会损坏MOSFET。
还有一个失效是热失效，即由于过高的工作温度导致MOSFET中的电子迁移率降低，进而影响电流的流动。
此外，还有一些其他的失效模式，如电荷泵效应、硬件故障等。
总的来说，MOSFET是一种重要的电子器件，具有复杂的物理结构和工作原理。
了解其物理结构和工作原理，以及可能的失效模式，对于设计和维护电子系统都非常重要。
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在严峻的动态条件下，du/dt通过相应电容 引起的横向电流有可能足够大。此时这个寄 生的双极性晶体管就会起动，有可能给 MOSFET 带来损坏。
二极管的工作原理
稳态下的工作：正向导通，反向截止 但当其反向电压大于反向击穿电压时，二极管就会发生 击穿现象。 二极管的击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿。
Id-Vds curve
MOSFET 雪崩击穿的微观分析
在MOSFET内部各层间存在寄生二极管、晶体管（三 极管）器件。
导通时正向电压>门槛电压
gate oxide下的体表反型 形成沟道 电子从源极 流向漏极（N－CH） 漏极寄生二极管的反向漏电流会在饱和区产生一个小的 电流分量。而在稳态时，寄生二极管、晶体管的影响不 大。
机理讨论1-最高结温的限制
引自唐穗生－功率MOSFET的封装失效分析 事实上, 空气的导热性能远不如金属和合金焊料。当焊料中存 在空洞时, 芯片与框架的接触面积和散热情况将受到影响, 从而 导致芯片局部温度升高, 此后PN结的结温也同时升高。由于材 料的最高结温是一定的(如硅材料的最高结温 Tjm=6400/(10.45+lnρ)), 而PN结的正向电流与温度成正比 关系[1] [2]: I ∝ e – (Eg- qV) /kT。 因此, 当结温升高时, 其结电流就会进一步加大, 从而将造成恶 性循环使结温超过最高限制值而烧毁芯片。因此, 合理控制装 配过程中的焊料空洞, 就能提高芯片的散热性能, 从而使器件的 温升降低, 工作性能更有保障。
输出特性可分为三个区 ★截止区：发射结和集电结均为反向偏置。IE0，IC0， UCEEC，管子失去放大能力。如果把三极管当作一个开关，这 个状态相当于断开状态。 ★饱和区：发射结和集电结均为正向偏置。在饱和区IC不受IB的控 制，管子失去放大作用，UCE0，IC=EC／RC，把三极管当作一 个开关，这时开关处于闭合状态。 ★放大区：发射结正偏，集电结反偏。
内因－芯片强度
芯片强度呈正态分布，应设法将较低强度的芯片尽早剔 除。
引起应力集中的原因
分层 封装体中各种材料的热膨胀系数不匹配， 瞬间受热时引起分层，严重时引起芯片裂纹。 封装树脂耐湿性差，受热时水分气化体 积倍增，使得界面发生剥离，严重时引起裂纹
划痕
减薄、划片、装片过程。
III. 雪崩击穿
三极管的工作原理
晶体管：用不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个 掺杂区域，并形成两个PN结，就构成了晶体管. 为电流 控制的器件。
仅需很小的电流维持基极－发射极的正向偏置，即可开 启BJT， 在集电极引出端获得很大的输出电流。
晶体管分类：NPN型管和PNP型管
三极管的输出特性曲线
输出特性曲线：描述基极电流IB为一常量时，集电极电流iC与管压 降uCE之间的函数关系。
总结
空气为热的不良导体 空洞的存在 热集中 局部温度 升高 气体产生收缩和膨胀应力 大电流冲击 应力集中 产生应力裂纹，裂纹扩展 芯片发生EOS 热集中
II short
与封装相关的失效原因：芯片碎裂、cratering under gate or source wire bonds、湿气进入、gate wire misplaced、ESD等 Overbonding 芯片内部的BPSG甚至Si层被损坏 芯片碎裂的机理： 内因：芯片本身的强度 外因：应力集中
机理2－应力裂纹
有学者利用计算机有限元模拟了器件的散热过程。
当热传递到芯片/焊料界面时，如果界面接触良好，热将直接传到 散热片上，散热片将热量散发出去，从而达到散热目的。
当焊料中有空洞存在时，空气的热阻挡作用使得此区域的热传导 性能下降，无法散发出去的热将积累并聚集在此区域。经过一定 周期的热循环之后，热集中将使此局部区域温度升高。空洞中气 体的存在会在热循环过程中产生收缩和膨胀的应力作用，空洞存 在的地方成为应力集中点，并成为产生应力裂纹的根本原因。热 集中加剧了裂纹扩展并导致芯片短路，在大电流的冲击下最终导 致芯片发生EOS。
导致反向击穿的一个机制是avalanche multiplication PN结的动态特性很复杂，在一段时间内可能会失去反 向阻断的功能。
Avalanche multiplication
导致反向击穿的一个机制是avalanche multiplication。考虑 一个反向偏置的PN结。耗尽区随着偏置上升而加宽，但还不够 快到阻止电场的加强。强大的电场加速了一些载流子以非常高 的速度穿过耗尽区。当这些载流子碰撞到晶体中的原子时，他 们撞击松的价电子且产生了额外的载流子。因为一个载流子能 通过撞击来产生额外的成千上外的载流子就好像一个雪球能产 生一场雪崩一样，所以这个过程叫avalanche multiplication。 反向击穿的另一个机制是tunneling。Tunneling是一种量子 机制过程，它能使粒子在不管有任何障碍存在时都能移动一小 段距离。如果耗尽区足够薄，那么载流子就能靠tunneling跳 跃过去。Tunneling电流主要取决于耗尽区宽度和结上的电压 差。Tunneling引起的反向击穿称为齐纳击穿。
MOSFET封装常见失效的机理讨论
本文仅讨论与封装相关的失效
Jenny Wu Jan, 2010
I. DVDS
一定偏置条件下Vds的变化值，是考核产品 在应用过程中的散热能力的重要指标。 假设不考虑芯片和框架本身的影响，DVDS 的大小取决于封装后的焊料层的情况。 经学者分析，整体空洞和单个空洞的大小对 DVDS均有明显的影响。
正常状态下的MOSFET特性
Mosfet工作原理
N-ch MOSFET的工作原理
Mosfet的截止状态：Vgs=0, Vds>0,P基区与N漂移 区之间P-N结反偏，漏源（DS）之间无电流通过。
Mosfet的导通状态：Vgs>0, 当Vgs>Vth时P区反型， P-N结消失，漏源导通。