本應用筆記介紹了功率 MOSFET 及其雪崩擊穿額定值背后的理論。該文件還討論了堅固型 MOSFET 的設計和額定值，以及不同的雪崩額定值及其在設計過程中的局限性。

雪崩模式定義

所有半導體器件都具有一定的最大反向電壓額定值（功率 MOSFET 的 BV DSS）。高于此閾值的操作將導致反向偏置 pn 結中的高電場。由于碰撞電離，高電場會產生電子-空穴對，這些電子-空穴對會產生倍增效應，從而導致電流增加。流過器件的反向電流會導致高功耗、相關的溫升和潛在的器件損壞。

工業應用中發生的雪崩

反激式轉換器電路

一些設計者不允許雪崩操作；相反，在額定 BV DSS 和 VDD 之間保持電壓降額（通常為 90% 或更少）。然而，在這種情況下，可能會出現超出計劃的電壓尖峰的情況并不少見，因此即使是最好的設計也可能會遇到非頻率雪崩事件。圖 1 顯示了一個這樣的示例，即反激式轉換器。

反激式轉換器電路

在反激式轉換器的 MOSFET 操作期間，能量存儲在漏電感中。如果電感未正確鉗位，在 MOSFET 關斷期間，漏電感通過初級開關放電，并可能導致雪崩操作，如圖 2 和 3 中 VDS、ID 和 VGS 與時間的關系波形所示。

雪崩波形下的反激式轉換器開關：

雪崩波形下的反激式轉換器開關（詳細）

雪崩故障模式

一些功率半導體器件設計為在有限時間內承受一定量的雪崩電流，因此可以達到雪崩額定值。其他人會在雪崩開始后很快失敗。性能差異源于特定的設備物理、設計和制造。

功率 MOSFET 器件物理

所有半導體器件都包含器件物理設計固有的寄生元件。在功率 MOSFET 中，這些組件包括由于 p 和 n 區之間的結中的電荷轉移而產生的電容器、與材料電阻率相關的電阻器、在 p+ 體擴散進入 n- 外延層時形成的體二極管，以及 NPN（雙極結型晶體管此后稱為 BJT） 序列 （BJT），在 n+ 源極觸點擴散的地方形成。請參見圖 4 了解包含上面列出的寄生元件的功率 MOSFET 橫截面，參見圖 5 了解器件的完整電路模型。

功率 MOSFET 橫截面：

功率MOSFET電路模型在雪崩中，充當二極管的 pn 結不再阻斷電壓。施加更高的電壓會達到臨界場，其中碰撞電離趨于無窮大，載流子濃度由于雪崩倍增而增加。由于徑向場分量，器件內部的電場在結彎曲處最強。這種強電場會在寄生 BJT 附近產生最大電流，如下圖 6 所示。功耗會增加溫度，從而增加 RB，因為硅電阻率隨溫度增加。根據歐姆定律，我們知道在恒定電流下增加電阻會導致電阻兩端的電壓降增加。當壓降足以正向偏置寄生 BJT 時，

雪崩下的功率 MOSFET 截面

功率 MOSFET 用戶應注意了解不同供應商之間雪崩額定條件的差異。不是“雪崩穩健”的設備可能會導致意外和看似無法解釋的電路故障。一些制造商根本沒有對他們的 MOSFET 進行雪崩評級。其他人單獨使用統計評級，這不能為更完整的表征和評級提供的穩健操作提供相同的保證。

編輯：ymf