功率MOSFET雪崩击穿问题分析

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=LI_o²（14）

式中：E为耗散能量；

I_o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)V_BR（15）

式中：

i(t)=I_o－t（16）

到任意时刻t所耗散的能量为

E=Pdt=L(I_o²－i²)（17）

在一定时间t后，一定的耗散功率下，温升为

Δθ=P_oK（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=P_oK－δP_nK（19）

式中：δP_n=δi_nV_BR=V_BRδt；

P_o=I_oV_BR；

δt=t_n－t_n－1；

t_m=t=。

则温升可以表示为

Δθ(t)=P_oK－Kδt（20）

可以表示成积分形式为

Δθ(t)=P_oK－Kdτ(21)

在某一时刻t温升表达式为

Δθ(t)=P_oK－K(22)

将温升表达式规范化处理，得

=(23)

式中：t_f=，为电流i=0的时刻；

Δθ_M为最大温升(t=t_f/2时)。

则由式(22)得

Δθ=P_oK=I_oV_BRK(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。