功率MOS器件UIS失效及其改善

2014.10主要内容UIS基本介绍12UIS失效机理34UIS改善方向UIS测试原理UIS：UnclampedInductiveSwitching，非嵌位感性负载开关过程。UIS是模拟MOS器件在系统应用中遭遇极端电热应力情况，在回路导通时储存在电感中的能量必须在关断瞬间全部释放，此时高电压大电流极易引起器件失效。UIS能力是衡量功率器件可靠性的重要指标。UIS失效机理以及其改善的研究一直是功率MOS器件研究的重点热点。主要内容UIS基本介绍12UIS失效机理34UIS改善方向UIS测试原理UIS测试电路A测试设备B测试电路UIS测试流程对所有UIS测试电路，测试流程都一样，分有三步：关断状态，此时漏源电压VDS=VDD，电感L中没有储存能量。开启状态，栅电极加适当脉冲，器件导通，电压源对电感充电，在回路中满足关断状态，栅电极电压为0，电感开始将储存的能量通过MOS器件泄放，在回路中满足LVdtiVRIVdtiLddrdddsddd.dLVVdtiVVdtiLddBBddfdd参考测试电路，在第三步关断过程中，通常VDD接地，所以定义单次脉冲雪崩能量值LVdtiBfd221LIEASA常见测试波形BavVILT雪崩能量表达式：雪崩时间表达式：DDBavVVILTDDBBASVVVLIE221主要内容UIS基本介绍12UIS失效机理34UIS改善方向UIS测试原理电流相关的失效：关断时大电流引起寄生NPN管的开启。能量相关的失效：功率耗散带来的器件温升到达了材料的本征温度。实际应用中多由大电流引起UIS失效。重点关注大电流引起NPN管开启。条件:RB*I≥0.7VA开启前电流路径B开启后电流路径当NPN管开启后具体失效模式体现以下两点：NPN开启，经三极管放大后电流进一步增大，温度升高，高温又使电流再升高，形成正反馈，使得器件过热失效。NPN开启，发生二次击穿，BVCEO取代BVCBO，也使得器件耐压能力急剧减小，器件更容易被击穿甚至烧毁。A理论曲线B仿真曲线主要内容UIS基本介绍12UIS失效机理34UIS改善方向UIS测试原理抑制NPN管开启，尽量保证器件关断时流经P基区的电流与电阻之积小于PN结开启电压：RB*I＜0.7V改善思路：减小P基区和Pplus区电阻RB减小流经基区的电流I具体方法：减小电流法减小电阻法优化思路：减小雪崩时流经体基区电阻的电流。RB*I＜0.7V核心思想：改变雪崩时电流的流经通道，使得关断电流规避基区电阻，避免NPN开启发生优化结构不能影响器件的其他性能参数。Fig传统结构关断时电流流径Fig传统结构关断时电流流径优化思路：减小雪崩电流流经体基区的电阻。RB*I＜0.7V核心思想：减小体基区的横向电阻，可以极大提高器件关断时的雪崩电流。优化结构不能影响器件的其他性能参数。Thankyou