功率MOSFET的雪崩強度限值是衡量器件針對于感性負載在開關動作應用中的重要參數。 清楚地理解雪崩強度的定義，失效的現象及評估的方法是功率MOSFET電路設計必備的能力。 本文將以下面三個方面進行探討：

雪崩能量的定義及相關參數

雪崩強度限值超限的失效

雪崩強度限值的計算與評估

1.雪崩能量的定義和相關參數

雪崩擊穿的定義：

材料摻雜濃度較低的PN結中，當PN結反向電壓增加時，空間電荷區中的電場隨著增強。 這樣通過空間電荷區的電子和空穴，就會在電場作用下，使獲得的能量增大。 在晶體中運行的電子和空穴將不斷的與晶體原子發生碰撞，通過這樣的碰撞可使束縛在共價鍵中的價電子碰撞出來，產生自由電子-空穴對。 新產生的載流子在電場作用下撞出其他價電子，又產生新的自由電子和空穴對。 如此連鎖反應，使得阻擋層中的載流子的數量雪崩式地增加，流過PN結的電流就急劇增大擊穿PN結，這種碰撞電離導致擊穿稱為雪崩擊穿，也稱為電子雪崩現象。

MOSFET的雪崩現象：

在感性負載的電路應用中，MOSFET導通時對感性負載充電，電感積聚能量； 當MOSFET關閉時，感性負載中積聚的能量釋放，引起MOSFET漏極和源極間電壓急速上升，并有電流流過，直至能量釋放結束，電流和電壓降至為零，這個過程就是MOSFET中雪崩的現象，如下面的圖1，圖2，圖3。

在圖2中，MOSFET關閉時所承受的能量沖擊被鉗在了擊穿電壓VBR上，雖然datasheet中沒有給出具體的VBR值，但我們可以根據已知的V(BR)DSS值估算出。 VBR≈3*V(BR)DSS。

在圖4中，雪崩電流最大值IDS(AL)S和電流衰減時間tAL，及圖5中的雪崩功率PDS(AL)M都和感性負載的感值，MOSFET關閉前電流的最大值有關。

2.雪崩強度限值超限的失效

超過了雪崩強度限值EDS(AL)S和IAS就有可能發生元件失效。

很多工程師都會有這樣的經歷，當你將失效的MOSFET發給供應商進行分析的時候，供應商報告的結論往往都是EOS（電氣過應力）。 但我們希望得到的信息是元件哪里出現了損傷？ 有可能造成這種損傷的情況有哪些？

MOSFET的雪崩失效是一個短時間內的過熱失效，所以通常在晶圓的某個位置會出現圓點的實效點。 如下圖所示。

通常持續ms級別的雪崩失效，失效圓點往往出現在連接引線和晶圓結合的位置，因為這里的電流密度較高。

持續us級別的雪崩失效，失效圓點往往可能發生在晶圓的任意地方。

3.雪崩強度限值的計算與評估

單次雪崩時間的失效機理就是結合點的溫度超出了最大溫度限值。 所以要通過計算或是電路仿真的方法來確保MOSFET的使用在雪崩限值以下。

計算的方法：

計算時需要注意的兩點：

雪崩事件是發生在MOSFET關閉之后的，那么關閉之前MOSFET的結合點已經達到了一定的溫度，那么Tjmax=Tj_ON+delta_Tj_(AL)。

delta_Tj_(AL)=PDS(AL)MtALZth_tAL，這里的Zth_tAL需要從脈沖熱阻曲線中獲得。

仿真的方法：

仿真的方法相對簡單，只需要搭建出原理圖和MOSFET熱阻模型，便可以輕松快速地獲得雪崩事件中MOSFET結合點的溫度。

雪崩強度是功率MOSFET重要的性能參數指標，也是設計者在電路設計中需要提前預防的要點。 希望本文能夠幫助大家縷清雪崩事件的前因后果，讓設計的電路魯棒性更強。