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《功率集成电路设计技术》拆书笔记3——2.2功率器件的击穿机理 ...

热度 11已有 875 次阅读| 2023-7-6 16:31 |系统分类:芯片设计

2.2 功率器件的击穿机理

功率开关器件两特征：承受高反向击穿电压、大开态电流

击穿电压：器件在反偏电流急剧上升之前所能承受的最高阻断电压，大致分为雪崩击穿（可逆转）、热击穿（不可逆）

雪崩击穿：功率半导体器件工作在阻断状态时PN结附近会产生耗尽区并存在较强电场，载流子在强电场下被加速并与晶格发生碰撞，晶格价键上的电子在碰撞时获得的能量超过禁带宽度时，就可能使价带电子激发至导带，产生二次电子-空穴对，成为二次载流子。往复下的倍增效应使反向电流急剧上升，最终导致雪崩击穿。

雪崩击穿受温度和结面的曲率半径影响。温度升高，晶格自振动加强，载流子与晶格碰撞损失能力增加，能量积累速率降低，雪崩击穿的电压就会随温度的升高而增大。实际的PN结不是完全的平面，而是包含平面、柱面、球面三部分。结面的曲率大小影响电场分布，曲率大的地方会形成集中效应，容易发生提前击穿。

雪崩击穿按照发生的位置分为表面击穿和体内击穿，器件耐压由其中的较小者决定。一般而言，表面更易发生击穿（表面曲率大，晶格缺陷/表面态密度高于体内）

热击穿：载流子在高反向电压下获得能量，经过势垒区的电场加速，再将获得的能量通过碰撞传递给晶格，晶格热能增加，结温升高，本征载流子浓度迅速增加，反向饱和电流密度Js与结温形成正反馈，电流和温度无限增大，器件烧毁。

防止措施：增大器件的散热能力；反向饱和电流越小，热稳定性越好，所以半导体禁带宽度越大越好。