mos管雪崩击穿分析
功率MOS管的五种损坏模式详解

功率MOS管的五种损坏模式详解第一种:雪崩破坏如果在漏极-源极间外加超出器件额定VDSS的电涌电压,而且达到击穿电压V(BR)DSS (根据击穿电流其值不同),并超出一定的能量后就发生破坏的现象。
在介质负载的开关运行断开时产生的回扫电压,或者由漏磁电感产生的尖峰电压超出功率MOSFET的漏极额定耐压并进入击穿区而导致破坏的模式会引起雪崩破坏。
典型电路:第二种:器件发热损坏由超出安全区域引起发热而导致的。
发热的原因分为直流功率和瞬态功率两种。
直流功率原因:外加直流功率而导致的损耗引起的发热●导通电阻RDS(on)损耗(高温时RDS(on)增大,导致一定电流下,功耗增加)●由漏电流IDSS引起的损耗(和其他损耗相比极小)瞬态功率原因:外加单触发脉冲●负载短路●开关损耗(接通、断开) *(与温度和工作频率是相关的)●内置二极管的trr损耗(上下桥臂短路损耗)(与温度和工作频率是相关的)器件正常运行时不发生的负载短路等引起的过电流,造成瞬时局部发热而导致破坏。
另外,由于热量不相配或开关频率太高使芯片不能正常散热时,持续的发热使温度超出沟道温度导致热击穿的破坏。
第三种:内置二极管破坏在DS端间构成的寄生二极管运行时,由于在Flyback时功率MOSFET的寄生双极晶体管运行,导致此二极管破坏的模式。
第四种:由寄生振荡导致的破坏此破坏方式在并联时尤其容易发生在并联功率MOS FET时未插入栅极电阻而直接连接时发生的栅极寄生振荡。
高速反复接通、断开漏极-源极电压时,在由栅极-漏极电容Cgd(Crss)和栅极引脚电感Lg形成的谐振电路上发生此寄生振荡。
当谐振条件(ωL=1/ωC)成立时,在栅极-源极间外加远远大于驱动电压Vgs(in)的振动电压,由于超出栅极-源极间额定电压导致栅极破坏,或者接通、断开漏极-源极间电压时的振动电压通过栅极-漏极电容Cgd和Vgs波形重叠导致正向反馈,因此可能会由于误动作引起振荡破坏。
MOSFET雪崩特性及电源案例解析

MOSFET雪崩特性及电源案例解析MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种非常重要的半导体器件,被广泛应用于电子电路中。
在正常工作的情况下,MOSFET可以提供很好的性能和稳定性。
然而,当MOSFET的工作电压超过特定的电压时,会发生雪崩击穿现象,导致器件的破坏。
本文将详细介绍MOSFET的雪崩特性,并结合电源案例对其进行解析。
雪崩击穿是指当MOSFET的漏结(Drain-Source)结电压超过其额定值时,电流突然大幅度增加,从而导致器件的不可逆破坏。
在一个MOSFET器件中,漏结结与源结之间形成了一个电场,当该电场造成的电压超过材料的击穿电压时,雪崩击穿现象就会发生。
MOSFET的雪崩特性与其结构有关。
根据结构的不同,可以将MOSFET分为2种类型:N沟道(N-channel)MOSFET和P沟道(P-channel)MOSFET。
对于N沟道MOSFET,当漏结结端的电压超过其额定值时,由于P型基底区(Body)和N型漏结区(Drain)之间形成的PN结反向偏置电压加大,电子和空穴会被强烈的电场加速,形成冲击离子化电流,导致雪崩现象的发生。
而P沟道MOSFET的雪崩击穿现象则与N沟道MOSFET相反,当源结电压超过其额定值时,阻挡层(Channel)和漏结结区之间形成的PN结反向偏置电压加大,导致电荷载流子穿越阻挡层,形成雪崩读出电流。
下面以一个电源案例来解析MOSFET的雪崩特性。
假设我们有一个MOSFET电源电路,输入电压为10V,通过升压变换器将其升压到50V,并驱动一个负载。
MOSFET的额定漏结电压为40V。
根据MOSFET的雪崩特性,当漏结电压超过40V时,MOSFET的雪崩击穿可能会发生。
在分析这个案例之前,我们需要先了解一下电源电路的工作原理。
升压变换器通过周期性开关,将输入电压转换为高电压输出。
开关管是MOSFET,负责控制输入电压的导通和截断。
当输入电压低于40V时,MOSFET处于截断状态,输出电压为0V。
MOS管击穿的原因与解决方案

MOS管击穿的原因与解决方案MOS管是金属-氧化物-半导体三层结构的器件,在正常工作条件下可以具有很高的性能和可靠性。
然而,如果不正确使用或受到一些外部因素的影响,MOS管可能会出现击穿现象,导致器件损坏甚至失效。
本文将详细讨论MOS管击穿的原因和解决方案。
MOS管的击穿是指在高电压下,电场强度超过材料的绝缘能力或载流子会被加到足够的能量从绝缘层中释放而形成激烈的电流流过绝缘层,破坏了设备正常运行的现象。
导致MOS管击穿的原因可以分为两种:内部原因和外部原因。
内部原因是由于材料本身的缺陷或结构问题引起的。
其中一个主要的内部因素是绝缘层中的缺陷,这可能是由于生产过程中的污染或厚度不均匀引起的。
另一个内部因素是器件的设计问题,如栅极和通道之间距离太小或样品的抓取偏压过高等。
外部原因通常包括过电压和过电流。
过电压是指在设备上施加超过其耐受电压的电压,导致固体绝缘层无法将电压传导到源,使电压直接加到绝缘层上。
过电流是指在设备上施加超过其耐受电流的电流,导致载流子在通道中引起电崩效应。
此外,静电放电、局部热点和尘埃污染等外部因素也可能导致MOS管击穿。
针对MOS管击穿的问题,有几种解决方案可以采取。
首先,改善材料和工艺。
这包括严格控制生产过程中的各种参数,以减小绝缘层的缺陷和提高其质量。
同时,优化设计,尤其是栅极和通道之间的距离和是否增加合适的抓取偏压等。
此外,改善设备的结构和制造过程也可以提高设备的击穿电压。
其次,加强设备的保护和控制。
这包括适当地设计和使用保护电路来防止过电压和过电流的发生,特别是使用带有过电压保护和过电流保护功能的保险丝、保护管和保护二极管等。
第三,进行电气测试和可靠性评估。
对于MOS管,电气测试非常重要,可以帮助提前发现潜在的问题和缺陷。
定期进行可靠性评估,并对设备进行负载模拟和环境应力测试,以确保其正常工作和长寿命。
第四,合理设计电路和系统。
在设计电路和系统时,要合理选择电阻、电容、电感等元件的参数,以防止过电压和过电流。
MOS管被击穿的原因及解决方案(全)

MOS管被击穿的原因及解决方案(转)而MOS管被击穿的原因及解决方案如下:第一、MOS管本身的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。
虽然MOS输入端有抗静电的保护措施,但仍需小心对待,在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装,不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。
组装、调试时,工具、仪表、工作台等均应良好接地。
要防止操作人员的静电干扰造成的损坏,如不宜穿尼龙、化纤衣服,手或工具在接触集成块前最好先接一下地。
对器件引线矫直弯曲或人工焊接时,使用的设备必须良好接地。
第二、MOS电路输入端的保护二极管,其导通时电流容限一般为1mA在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时,应串接输入保护电阻。
而129#在初期设计时没有加入保护电阻,所以这也是MOS管可能击穿的原因,而通过更换一个内部有保护电阻的MOS管应可防止此种失效的发生。
还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限,太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。
所以焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚。
附录:静电的基本物理特征为:有吸引或排斥的力量;有电场存在,与大地有电位差;会产生放电电流。
这三种情形会对电子元件造成以下影响:1.元件吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响元件的功能和寿命。
2.因电场或电流破坏元件绝缘层和导体,使元件不能工作(完全破坏)。
3.因瞬间的电场软击穿或电流产生过热,使元件受伤,虽然仍能工作,但是寿命受损。
上述这三种情况中,如果元件完全破坏,必能在生产及品质测试中被察觉而排除,影响较少。
如果元件轻微受损,在正常测试中不易被发现,在这种情形下,常会因经过多次加工,甚至已在使用时,才被发现破坏,不但检查不易,而且损失亦难以预测。
静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和爆炸事故的损失电子元件及产品在什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说:电子产品从生产到使用的全过程都遭受静电破坏的威胁。
mos管击穿原理

mos管击穿原理引言:MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)是一种常见的场效应晶体管,被广泛应用于各种电子设备中。
然而,MOS管在特定条件下可能会遭受击穿现象,从而导致设备故障或损坏。
本文将详细介绍MOS管击穿原理及其影响因素,并探讨如何避免击穿现象的发生。
一、MOS管的基本结构MOS管由金属栅极、氧化物层和半导体基底构成。
金属栅极位于氧化物层之上,而氧化物层又位于半导体基底之上。
这种结构使得MOS管能够通过调节栅极电压来控制电流的流动,从而实现信号放大或开关控制的功能。
二、MOS管的击穿现象MOS管的击穿现象指的是在一定条件下,栅极和基底之间的电压超过一定阈值,使得电流大幅度增加,导致器件失效。
根据击穿的具体表现形式,可以将MOS管的击穿分为以下几种类型:1. 雪崩击穿:雪崩击穿是指当栅极和基底之间的电压超过阈值时,迁移率较高的电子或空穴在电场的作用下,获得足够的能量,与原子碰撞后产生新的电子空穴对。
这些新的电子空穴对继续获得能量并与其他原子碰撞,形成一系列的电子空穴对,导致电流急剧增加。
2. 倒向击穿:倒向击穿是指当栅极和基底之间的电压过大时,使得半导体材料中的载流子被强电场加速,从而导致电流增加。
倒向击穿主要发生在栅极电压为负值时。
3. 隧穿击穿:隧穿击穿是指当栅极和基底之间的电压过大,电场足够强时,电子能够跨越禁带宽度,通过氧化物层隧穿到达基底区域,形成电流增加的现象。
三、影响MOS管击穿的因素MOS管的击穿与多种因素有关,下面将介绍几个主要的影响因素:1. 栅极电压:栅极电压是影响MOS管击穿的关键因素。
当栅极电压超过一定阈值时,击穿现象就会发生。
因此,在设计电路时,需要合理控制栅极电压,以避免击穿的发生。
2. 环境温度:环境温度对MOS管的击穿特性有一定影响。
一般情况下,当环境温度升高时,击穿电压会有所降低。
因此,在高温环境下使用MOS管时,需要注意其耐压能力。
MOS管被击穿的原因及解决方案如下

MOS管被击穿的原因及解决方案如下:第一、MOS管本身的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。
虽然MOS输入端有抗静电的保护措施,但仍需小心对待,在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装,不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。
组装、调试时,工具、仪表、工作台等均应良好接地。
要防止操作人员的静电干扰造成的损坏,如不宜穿尼龙、化纤衣服,手或工具在接触集成块前最好先接一下地。
对器件引线矫直弯曲或人工焊接时,使用的设备必须良好接地。
第二、MOS电路输入端的保护二极管,其导通时电流容限一般为1mA在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时,应串接输入保护电阻。
而129#在初期设计时没有加入保护电阻,所以这也是MOS管可能击穿的原因,而通过更换一个内部有保护电阻的MO S管应可防止此种失效的发生。
还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限,太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。
所以焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚。
静电的基本物理特征为:有吸引或排斥的力量;有电场存在,与大地有电位差;会产生放电电流。
这三种情形会对电子元件造成以下影响:1.元件吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响元件的功能和寿命。
2.因电场或电流破坏元件绝缘层和导体,使元件不能工作(完全破坏)。
3.因瞬间的电场软击穿或电流产生过热,使元件受伤,虽然仍能工作,但是寿命受损。
上述这三种情况中,如果元件完全破坏,必能在生产及品质测试中被察觉而排除,影响较少。
如果元件轻微受损,在正常测试中不易被发现,在这种情形下,常会因经过多次加工,甚至已在使用时,才被发现破坏,不但检查不易,而且损失亦难以预测。
静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和爆炸事故的损失电子元件及产品在什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说:电子产品从生产到使用的全过程都遭受静电破坏的威胁。
MOS管击穿的原因及解决方案

MOS管击穿的原因及解决方案MOS管被击穿的原因及解决方案如下:第一、MOS管本身的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。
虽然MOS输入端有抗静电的保护措施,但仍需小心对待,在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装,不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。
组装、调试时,工具、仪表、工作台等均应良好接地。
要防止操作人员的静电干扰造成的损坏,如不宜穿尼龙、化纤衣服,手或工具在接触集成块前最好先接一下地。
对器件引线矫直弯曲或人工焊接时,使用的设备必须良好接地。
第二、MOS电路输入端的保护二极管,其导通时电流容限一般为1mA在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时,应串接输入保护电阻。
而129#在初期设计时没有加入保护电阻,所以这也是MOS管可能击穿的原因,而通过更换一个内部有保护电阻的MOS管应可防止此种失效的发生。
还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限,太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。
所以焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚。
附录:静电的基本物理特征为:有吸引或排斥的力量;有电场存在,与大地有电位差;会产生放电电流。
这三种情形会对电子元件造成以下影响:1.元件吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响元件的功能和寿命。
2.因电场或电流破坏元件绝缘层和导体,使元件不能工作(完全破坏)。
3.因瞬间的电场软击穿或电流产生过热,使元件受伤,虽然仍能工作,但是寿命受损。
上述这三种情况中,如果元件完全破坏,必能在生产及品质测试中被察觉而排除,影响较少。
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静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和爆炸事故的损失电子元件及产品在什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说:电子产品从生产到使用的全过程都遭受静电破坏的威胁。
MOS管被击穿的原因及解决方案

MOS管被击穿的原因及解决方案第一、MOS管本身的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。
虽然MOS输入端有抗静电的保护措施,但仍需小心对待,在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装,不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。
组装、调试时,工具、仪表、工作台等均应良好接地。
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第二、MOS电路输入端的保护二极管,其导通时电流容限一般为1mA 在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时,应串接输入保护电阻。
而129#在初期设计时没有加入保护电阻,所以这也是MOS管可能击穿的原因,而通过更换一个内部有保护电阻的MOS管应可防止此种失效的发生。
还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限,太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。
所以焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚。
静电的基本物理特征为:有吸引或排斥的力量;有电场存在,与大地有电位差;会产生放电电流。
这三种情形会对电子元件造成以下影响: 1.元件吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响元件的功能和寿命。
2.因电场或电流破坏元件绝缘层和导体,使元件不能工作(完全破坏)。
3.因瞬间的电场软击穿或电流产生过热,使元件受伤,虽然仍能工作,但是寿命受损。
上述这三种情况中,如果元件完全破坏,必能在生产及品质测试中被察觉而排除,影响较少。
如果元件轻微受损,在正常测试中不易被发现,在这种情形下,常会因经过多次加工,甚至已在使用时,才被发现破坏,不但检查不易,而且损失亦难以预测。
静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和爆炸事故的损失电子元件及产品在什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说:电子产品从生产到使用的全过程都遭受静电破坏的威胁。
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功率MOSFET雪崩击穿问题分析
2008-10-29 10:08:00 【文章字体:大中小】推荐收藏打印
摘要:分析了功率MOSFET雪崩击穿的原因,以及MOSFET故障时能量耗散与器件温升的关系。
和传统的双极性晶体管相比,反向偏置时MOSFET雪崩击穿过程不存在“热点”的作用,而电气量变化却十分复杂。
寄生器件在MOSFET的雪崩击穿中起着决定性的作用,寄生晶体管的激活导通是其雪崩击穿的主要原因。
在MOSFET发生雪崩击穿时,器件内部能量的耗散会使器件温度急剧升高。
关键词:双极性晶体管;功率MOSFET;雪崩击穿;寄生晶体管;能量耗散
1 引言功率MOSFET在电力电子设备中应用十分广泛,因其故障而引起的电子设备损坏也比较常见。
分析研究功率MOSFET故障的原因、后果,对于MOSFET的进一步推广应用具有重要意义。
在正向偏置工作时,由于功率MOSFET是多数载流子导电,通常被看成是不存在二次击穿的器件。
但事实上,当功率MOSFET反向偏置时,受电气量变化(如漏源极电压、电流变化)的作用,功率MOSFET内部载流子容易发生雪崩式倍增,因而发生雪崩击穿现象。
与双极性晶体管的二次击穿不同,MOSFET 的雪崩击穿常在高压、大电流时发生,不存在局部热点的作用;其安全工作范围也不受脉冲宽度的影响。
目前,功率器件的故障研究已经从单纯的物理结构分析过渡到了器件建模理论仿真模拟层面。
因此,本文将从理论上推导MOSFET故障时漏极电流的构成,并从微观电子角度对MOSFET雪崩击穿现象作详细分析。
同时,还将对故障时器件的能量、温度变化关系作一定的分析。
2 功率MOSFET雪崩击穿理论分析当MOSFET漏极存在大电流Id,高电压Vd 时,器件内电离作用加剧,出现大量的空穴电流,经Rb流入源极,导致寄生三极管基极电势Vb升高,出现所谓的“快回(Snap-back)”现象,即在Vb升高到一定程度时,寄生三极管V2导通,集电极(即漏极)电压快速返回达到晶体管基极开路时的击穿电压(增益很高的晶体管中该值相对较低),从而发生雪崩击穿,(大量的研究和试验表明,Ic,SB很小。
另外,由于寄生三极管的增益较大,故在雪崩击穿时,三极管基极电子、空穴重新结合所形成的电流,以及从三极管集电极到发射极空穴移动所形成的电流,只占了MOSFET漏极电流的一小部分;所有的基极电流Ib流过Rb;当Ib使基极电位升高到一定程度时,寄生晶体管进入导通状态,MOSFET漏源极电压迅速下降,发生雪崩击穿故障。
3 功率MOSFET雪崩击穿的微观分析双极性器件在发生二次击穿时,集电极电
压会在故障瞬间很短时间内(可能小于1ns)衰减几百伏。
这种电压锐减主要是由雪崩式注入引起的,主要原因在于:二次击穿时,器件内部电场很大,电流密度也比较大,两种因素同时存在,一起影响正常时的耗尽区固定电荷,使载流子发生雪崩式倍增。
对于不同的器件,发生雪崩式注入的情况是不同的。
对于双极性晶体管,除了电场应力的原因外,正向偏置时器件的热不稳定性,也有可能使其电流密度达到雪崩式注入值。
而对于MOSFET,由于是多数载流子器件,通常认为其不会发生正向偏置二次击穿,而在反向偏置时,只有电气方面的原因能使其电流密度达到雪崩注入值,而与热应力无关。
以下对功率MOSFET的雪崩击穿作进一步的分析。
在MOSFET 内部各层间存在寄生二极管、晶体管(三极管)器件。
从微观角度而言,这些寄生器件都是器件内部PN结间形成的等效器件,它们中的空穴、电子在高速开关过程中受各种因素的影响,会导致MOSFET的各种不同的表现。
导通时,正向电压大于门槛电压,电子由源极经体表反转层形成的沟道进入漏极,之后直接进入漏极节点;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。
关断时,为使MOSFET体表反转层关断,应当去掉栅极电压或加反向电压。
这时,沟道电流(漏极电流)开始减少,感性负载使漏极电压升高以维持漏极电流恒定。
漏极电压升高,其电流由沟道电流和位移电流(漏极体二极管耗尽区生成的,且与dVDS/dt成比例)组成。
漏极电压升高的比率与基极放电以及漏极耗尽区充电的比率有关;而后者是由漏-源极电容、漏极电流决定的。
在忽略其它原因时,漏极电流越大电压会升高得越快。
如果没有外部钳位电路,漏极电压将持续升高,则漏极体二极管由于雪崩倍增产生载流子,而进入持续导通模式(Sustaining Mode)。
此时,全部的漏极电流(此时即雪崩电流)流过体二极管,而沟道电流为零。
由上述分析可以看出,可能引起雪崩击穿的三种电流为漏电流、位移电流(即dVDS/dt电流)、雪崩电流,三者理论上都会激活寄生晶体管导通。
寄生晶体管导通使MOSFET由高压小电流迅速过渡到低压大电流状态,从而发生雪崩击穿。
4 雪崩击穿时能量与温度的变化在开关管雪崩击穿过程中,能量集中在功率器件各耗散层和沟道中,在寄生三极管激活导通发生二次击穿时,MOSFET会伴随急剧的发热现象,这是能量释放的表现。
以下对雪崩击穿时能量耗散与温升的关系进行分析。
雪崩击穿时的耗散能量与温升的关系为ΔθM∝(12)雪崩击穿开始时,电流呈线性增长,增长率为 di/dt=VBR/L(13)式中:VBR为雪崩击穿电压(假设为恒定);L为漏极电路电感。
若此时MOSFET未发生故障,则在关断时刻之前,其内部耗散的能量为 E=LIo2(14)式中:E为耗散能量;Io为关断前的漏极电流。
随着能量的释放,器件温度发生变化,其瞬时释放能量值为 P(t)=i(t)v=i(t)VBR
(15)式中:i(t)=Io-t(16)到任意时刻t所耗散的能量为 E=Pdt=L(Io2-i2)(17)在一定时间t后,一定的耗散功率下,温升为Δθ=PoK(18)式中:K=,其中ρ为密度;k为电导率;c为热容量。
实际上耗散功率不是恒定的,用叠加的方法表示温升为Δθ=PoK-δPnK(19)式中:Pn=δinVBR=VBRδt; Po=IoVBR;δt=tn-tn-1;tm=t=。
则温升可以表示为Δθ(t)=PoK-Kδt(20)可以表示成积分形式为Δθ(t)=PoK-Kdτ(21)在某一时刻t温升表达式为Δθ(t)=PoK-
K(22)将温升表达式规范化处理,得 =(23)式中:tf=,为电流i=0的时刻;ΔθM
为最大温升(t=tf/2时)。
则由式(22)得Δθ=PoK=IoVBRK(24) 由上面的分析过程可以看出,在功率MOSFET发生雪崩击穿时,器件温度与初始电流,以及器件本身的性能有关。
在雪崩击穿后如果没有适当的缓冲、抑制措施,随着电流的增大,器件发散内部能量的能力越来越差,温度上升很快,很可能将器件烧毁。
在现代功率半导体技术中,MOSFET设计、制造的一个很重要方面就是优化单元结构,促进雪崩击穿时的能量耗散能力。
5结语与一般双极性晶体管的二次击穿不同,MOSFET的雪崩击穿过程主要是由于寄生晶体管被激活造成的。
MOSFET由于工作在高频状态下,其热应力、电应力环境都比较恶劣,一般认为如果外部电气条件达到寄生三极管的导通门槛值,则会引起MOSFET故障。
在实际应用中,必须综合考虑MOSFET的工作条件以及范围,合理地选择相应的器件以达到性能与成本的最佳优化。
另一方面,在发生雪崩击穿时,功率器件内部的耗散功率会引起器件的发热,可能导致器件烧毁。
在新的功率MOSFET器件中,能量耗散能力、抑制温升能力的已经成为一个很重要的指标。