MOSFET的失效機(jī)理

本文的關(guān)鍵要點(diǎn)

?SOA是“Safety Operation Area”的縮寫(xiě)，意為“安全工作區(qū)”。

?需要在SOA范圍內(nèi)使用MOSFET等產(chǎn)品。

?有五個(gè)SOA的制約要素，不滿(mǎn)足其中任何一個(gè)要素的要求都有可能會(huì)造成失效。

什么是SOA（Safety Operation Area）？

SOA是“Safety Operation Area”的縮寫(xiě)，意為“安全工作區(qū)”。要想安全使用MOSFET，就需要在SOA范圍內(nèi)使用MOSFET，超過(guò)這個(gè)范圍就有可能造成損壞。在SOA范圍之外工作時(shí)造成的損壞稱(chēng)為“SOA失效”。例如，SJ MOSFET（Super Junction MOSFET）R6024KNX的SOA如下所示：

SJ MOSFET R6024KNX的SOA

SOA由縱軸上的漏極電流ID和橫軸上的漏源電壓VDS來(lái)表示。也就是說(shuō)，VDS、ID及它們的乘積（功率損耗PD）、以及二次擊穿區(qū)決定了MOSFET的安全工作范圍。另外，施加功率的脈沖寬度PW也是決定SOA的重要因素。SOA劃分為圖中所示的（1）～（5）個(gè)區(qū)域。

SOA的區(qū)域劃分、限制以及與失效之間的關(guān)系

下面介紹一下圖中的區(qū)域（1）～（5）。

區(qū)域（1）：漏極電流ID受MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS（ON）限制的區(qū)域

是指即使施加的VDS小于絕對(duì)最大額定值，ID也會(huì)受到RDS（ON）限制的區(qū)域。根據(jù)歐姆定律I=V/R，ID只能流到紅線位置。

※圖中的區(qū)域是VGS＝10V時(shí)的示例

區(qū)域（2）：由施加脈沖時(shí)漏極電流的絕對(duì)最大額定值IDP決定的區(qū)域

（2）的綠線是規(guī)格書(shū)中規(guī)定的IDP的絕對(duì)最大額定值。當(dāng)然，絕對(duì)最大額定值是絕對(duì)不能超過(guò)的，因此當(dāng)IDP超過(guò)該值時(shí)是無(wú)法使用的。如果在超過(guò)該值的范圍（電流值）使用，由于超出了保證的工作范圍，因此可能會(huì)造成損壞。

區(qū)域（3）：熱限制區(qū)域

這是由MOSFET的容許損耗PD決定的區(qū)域。受施加功率的脈沖寬度PW和瞬態(tài)熱阻的限制。只要在該范圍內(nèi)，Tj通常不會(huì)超過(guò)絕對(duì)最大額定值TjMAX，因此可以安全使用。但是請(qǐng)注意，該線會(huì)因環(huán)境溫度、MOSFET的實(shí)際安裝條件和散熱條件等因素而異。此外，作為開(kāi)關(guān)使用MOSFET時(shí)，可能會(huì)瞬間被施加高電壓和大電流，因此即使在開(kāi)關(guān)的瞬態(tài)狀態(tài)下也必須注意不要超過(guò)區(qū)域（3）的限制。

區(qū)域（4）：二次擊穿區(qū)域

當(dāng)在施加高電壓的狀態(tài)下流過(guò)電流時(shí)，元器件內(nèi)部的局部可能會(huì)流過(guò)大電流并造成損壞，這稱(chēng)為“二次擊穿”。這條線是用來(lái)防止造成二次擊穿狀態(tài)的限制線。與區(qū)域（3）的熱限制區(qū)域一樣，二次擊穿區(qū)域也受環(huán)境溫度等因素的影響。

區(qū)域（5）：由MOSFET漏源電壓的絕對(duì)最大額定值VDSS決定的區(qū)域

這是規(guī)格書(shū)中規(guī)定的受VDSS限制的區(qū)域，如果超過(guò)這個(gè)區(qū)域，就可能發(fā)生擊穿并造成損壞。需要注意的是，由反激電壓和寄生電感引起的電壓變化，可能會(huì)瞬間超過(guò)該限制。

審核編輯：何安