【導(dǎo)讀】當向MOSFET施加高于絕對最大額定值BVDSS的電壓時，就會發(fā)生擊穿。當施加高于BVDSS的高電場時，自由電子被加速并帶有很大的能量。這會導(dǎo)致碰撞電離，從而產(chǎn)生電子-空穴對。這種電子-空穴對呈雪崩式增加的現(xiàn)象稱為“雪崩擊穿”。在這種雪崩擊穿期間，與 MOSFET內(nèi)部二極管電流呈反方向流動的電流稱為“雪崩電流IAS”，參見下圖（1）。
MOSFET的失效機理
本文的關(guān)鍵要點
? 當向MOSFET施加高于絕對最大額定值BVDSS的電壓時，會造成擊穿并引發(fā)雪崩擊穿。
? 發(fā)生雪崩擊穿時，會流過大電流，存在MOSFET失效的危險。
? MOSFET雪崩失效包括短路造成的失效和熱量造成的失效。
什么是雪崩擊穿
當向MOSFET施加高于絕對最大額定值BVDSS的電壓時，就會發(fā)生擊穿。當施加高于BVDSS的高電場時，自由電子被加速并帶有很大的能量。這會導(dǎo)致碰撞電離，從而產(chǎn)生電子-空穴對。這種電子-空穴對呈雪崩式增加的現(xiàn)象稱為“雪崩擊穿”。在這種雪崩擊穿期間，與 MOSFET內(nèi)部二極管電流呈反方向流動的電流稱為“雪崩電流IAS”，參見下圖（1）。
MOSFET的雪崩失效電流路徑示意圖（紅色部分）
雪崩失效：短路造成的失效
如上圖所示，IAS會流經(jīng)MOSFET的基極寄生電阻RB。此時，寄生雙極型晶體管的基極和發(fā)射極之間會產(chǎn)生電位差VBE，如果該電位差較大，則寄生雙極晶體管可能會變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。一旦這個寄生雙極晶體管導(dǎo)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(fā)生由雪崩電流導(dǎo)致寄生雙極晶體管誤導(dǎo)通而造成的短路和損壞，還會發(fā)生由傳導(dǎo)損耗帶來的熱量造成的損壞。如前所述，當MOSFET處于擊穿狀態(tài)時會流過雪崩電流。在這種狀態(tài)下，BVDSS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EAS”。雪崩測試電路及其測試結(jié)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。
雪崩測試的電路簡圖
雪崩測試中MOSFET的電壓和電流波形
雪崩能量公式
一般情況下，有抗雪崩保證的MOSFET，在其規(guī)格書中會規(guī)定IAS和EAS的絕對最大額定值，因此可以通過規(guī)格書來了解詳細的值。在有雪崩電流流動的工作環(huán)境中，需要把握IAS和EAS的實際值，并在絕對最大額定值范圍內(nèi)使用。
引發(fā)雪崩擊穿的例子包括反激式轉(zhuǎn)換器中的MOSFET關(guān)斷時的反激電壓和寄生電感引起的浪涌電壓等。針對反激電壓引起的雪崩擊穿，對策包括在設(shè)計電路時采用降低反激電壓的設(shè)計或使用具有更高耐壓性能的MOSFET。而針對寄生電感引起的雪崩擊穿，改用引腳更短的封裝的MOSFET或改善電路板布局以降低寄生電感等都是比較有效的措施。
來源：羅姆半導(dǎo)體
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