MOSFET单脉冲雪崩击穿能量的失效模式

来源：功率半导体社

单脉冲雪崩击穿能量(Energy during avalanche for single pulse)，即 EAS。指的是MOSFET器件串联感性负载时，在单次脉冲(工作到关断)状态下，所能承受的最大能量消耗，单位是焦耳(J)，其值越大，器件在电路中遭遇瞬间过电压或过电流情况时越不容易损坏。

一、测试方法

1）在MOSFET上串联电感L，设定母线电压VDD。

2）在栅极与源极之间加脉冲电压VGS（一般为10V）,当VGS=10V时，器件完全开启，VDD给电感L充电。当流过电感电流达到IAS（单脉冲雪崩电流，受脉冲占空比控制）时， VGS=0V器件关断。

3）由于电感L存在，电流IAS不会突变，电感中储存的能量就会对MOSFET进行释放。

如下图：

测试EAS极限值时，一般固定电感L，逐渐增加IAS电流（提高脉冲占空比），直至MOS管失效，根据失效前IAS电流值，计算EAS:

         

不同厂家产品规格书EAS测试条件不同，因此不能通过规格书直接比较。

二、失效模式

EAS失效模式主要有两种：寄生二极管雪崩烧毁、寄生三极管（BJT）开启，两种失效模式都是破坏性的。

1、 寄生二极管雪崩烧毁

在MOSFET的结构中，存在一个寄生二极管，如下图：

当MOSFET器件外接感性负载时，器件关断后漏极（D）电流不会突变，这时处于关断状态下的MOSFET器件内寄生二极管反偏电压被瞬间抬升，进入雪崩击穿状态。流过二极管的大电流及两端高电压会在器件内部产生热量，散热不及时就会导致MOSFET过热烧毁失效（电流路径如上图黄线）。

2、 寄生三极管（BJT）开启

在MOSFET的结构中，还存在一个寄生三极管（BJT），如下图：

正常情况下，流过RB的电流很小，RB两端电压差几乎为0（寄生三极管的VBE小于正向开启电压），三极管是处在关闭状态。

但是当寄生二极管发生雪崩击穿时，流过RB的电流变大（图中黄线），使RB两端电压差大于三极管VBE的开启电压时，寄生三极管开启，大电流便会从 N-区经过 P-区流向 N+（电流路径如上图红线）， MOSFET无法正常关断，导致短路而损坏MOSFET。

MOSFET的设计中通常会减小P-中的横向电阻RB，来抑制寄生三极管的开启。

目前MOSFET的EAS失效，大多数为寄生二极管雪崩击穿过热失效。

为什么MOSFET器件EAS烧毁的点大多都在栅PAD附近？

MOSFET靠栅极控制开通与关断，距离栅PAD越近的单胞寄生电阻和电容越小，关断速度越快，越先发生雪崩击穿。