功率MOSFET的UIS特性研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展及對(duì)產(chǎn)品可靠性、失效機(jī)理等認(rèn)知的深入，給功率半導(dǎo)體廠商帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)，即如何在芯片尺寸不斷縮小的情況下，使產(chǎn)品能更為安全、可靠、長(zhǎng)壽命。特別是功率MOSFET在高頻開(kāi)關(guān)(如通信電源)和汽車電子等特殊工作環(huán)境廣泛應(yīng)用，UIS(Unclamped Inductive Switching)失效已逐漸成為功率MOSFET最主要的安全殺手之一。UIS特性用來(lái)描述功率MOSFET在雪崩擊穿下負(fù)載能量的能力，會(huì)隨芯片

2、尺寸縮小而變差，這是由于單個(gè)管芯尺寸越小，所能負(fù)載的能量越小。這和“摩爾定律”中提到的半導(dǎo)體工藝尺寸不斷減小的發(fā)展趨勢(shì)是矛盾的，必將導(dǎo)致UIS引起的安全問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。 本文首先描述了功率MOSFET的DC、AC及熱特性，結(jié)合這些特性及實(shí)際應(yīng)用中器件的擊穿特性，分別從以下幾個(gè)方面對(duì)功率MOSFET的UIS特性進(jìn)行研究： 1．UIS的電路級(jí)機(jī)理及測(cè)試方法。 2．UIS的器件物理級(jí)原理及失效模式。 3．UIS

3、對(duì)功率MOSFET的電特性影響。 4．功率MOSFET的UIS熱特性分析。 本文選用一款應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域的深槽柵MOSFET，根據(jù)PQA(ProductQuality Alert)項(xiàng)目需求選取3種不同的測(cè)試條件對(duì)樣品進(jìn)行UIS測(cè)試，運(yùn)用DC測(cè)試、可靠性試驗(yàn)及失效分析等工程方法對(duì)樣品的UIS測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，最后通過(guò)構(gòu)造溫度分布模型及UIS時(shí)器件結(jié)溫的數(shù)學(xué)計(jì)算分析，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果。最終，UIS時(shí)器件結(jié)溫理論值(160℃