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深度解析MOS管五大常见失效原因

作者:立深鑫电子        发布时间:07-20        点击:
摘要 : MOS管属于金属氧化物半导体,也可以将其称之为金属绝缘体,即在集成电路中绝缘性场效应管。 MOS管的结构主要可以分为三部分:一定结构的半导体器件、二氧化硅、金属,这仨结合在一起形成栅极。
MOS管属于金属氧化物半导体,也可以将其称之为金属绝缘体,即在集成电路中绝缘性场效应管。 MOS管的结构主要可以分为三部分:一定结构的半导体器件、二氧化硅、金属,这仨结合在一起形成栅极。

MOS管的source和drain是可以对调的,都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能,这样的器件被认为是对称的。

MOS管工作原理

这里就以增强型NMOS管举例。NMOS管是利用VGS来控制“感应电荷”的多少,从而控制导电沟道的状况,通过这种方式控制漏级电流。


MOS管机构图

在生产MOS管时,通过制造工艺使绝缘层中出现大量正离子,因此在交界面的另一端能感应出较多的负电荷,而正是负电荷的出现接通高渗杂质N区,形成导电沟道,即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。

当栅极电压发生变化时,沟道内被感应的电荷量也会发生变化,导电沟道的宽窄也随之而变,因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。

五大MOS管失效原因

一、电压失效

电压失效也称雪崩失效,简而言之就是由于MOS管漏源极的电压超过其规定电压值并达到一定的能量限度而导致的一种常见的失效模式。

二、电流失效

①半导体光放大器(SOA)失效是指在电源工作过程中,由于MOS管上同时叠加了异常大的电流和电压而引起的损伤模式。

②或者,芯片、散热器和封装不能及时达到热平衡,导致热量积聚,并且连续热产生导致温度超过由于热击穿模式而导致的氧化物层的极限。

三、栅极电压失效

造成栅极电压失效的原因主要原因有3:①静电;②电力系统运行中设备和电路寄生参数引起的高压谐振;③在高压冲击过程中,高压通过Ggd传输到电网。

四、体二级管故障

在不同的电路中, MOS管具有不同的作用。由于二极管本身是寄生参数,因此很难区分漏源体二极管故障和漏源电压故障。二极管故障的解决方案主要是通过结合自身电路来分析。

五、谐振失效

当功率MOS管并联而不插入栅极电阻但直接连接时发生的栅极寄生振荡。当漏源电压在高速下反复接通和断开时,这种寄生振荡发生在由栅极漏极电容Cgd(Crss)和栅极pin电感Lg构成的谐振电路中,可能引起故障,引起震荡破坏。