功率MOS器件UIS失效及其改善,2014.10,主要内容,UIS基本介绍,1,2,UIS失效机理,3,4,UIS改善方向,UIS测试原理,UIS简介,UIS：Unclamped Inductive Switching，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,1,2,UIS失效机理,3,4,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,UIS测试波形,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,A 常见测试波形,另一种较常见的测试电路与波形,雪崩能量表达式： 雪崩时间表达式：,主要内容,UIS基本介绍,1,2,UIS失效机理,3,4,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。,UIS失效机理,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*I0.7V,A 开启前电流路径,B 开启后电流路径,UIS失效机理,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,1,2,UIS失效机理,3,4,UIS改善方向,UIS测试原理,UIS改善方向,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*I0.7V 改善思路： 减小P基区和P plus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,减小电流法,优化思路：减小雪崩时流经体基区电阻的电流。 RB*I0.7V 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,减小电阻法,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*I0.7V 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。,Thank you,