MOS管应用中，常见的各种‘击穿’现象

mos管也称场效应管，这个器件有两个电极，一个是金属，另一个是extrinsic silicon(外在硅)，他们之间由一薄层二氧化硅分隔开。金属极就是GATE，而半导体端就是backgate或者body。MOSFET是一种场效应晶体管(利用电场控制电流)，由金属氧化物半导体制成，是目前使用最广泛的生产技术。在功率MOSFET领域，碳化硅(SiC)也被使用，因为它是电源、逆变器和其他应用所需的更高性能和效率的理想选择。东芝多年来一直致力于MOSFET的开发和生产，我们广泛的低中高耐压设备产品线具有低损耗、高速度、低导通电阻和小封装等特点—适合各种应用的MOSFET。他们之间的绝缘氧化层称为gate dielectric(栅介质)。器件有一个轻掺杂P型硅做成的backgate。这个MOS 电容的电特性能通过把backgate接地，gate接不同的电压来说明。MOS电容的GATE电位是0V。金属GATE和半导体BACKGATE在WORK FUNCTION上的差异在电介质上产生了一个小电场。在器件中，这个电场使金属极带轻微的正电位，P型硅负电位。这个电场把硅中底层的电子吸引到表面来，它同时把空穴排斥出表面。这个电场太弱了，所以载流子浓度的变化非常小，对器件整体的特性影响也非常小。

在MOS管的运用中，我们常会遇到各种‘击穿’现象，这些对器件的性能及寿命有着至关重要的影响。首先，热击穿是由于器件过热导致的损坏，通常与散热设计不当或长时间超负荷工作有关。其次，雪崩击穿发生在电压超过器件承受极限时，电流急剧增加，导致器件瞬间失效。再者，齐纳击穿则是一种在特定电压下，电流急剧增大而导致的击穿现象，它通常与器件的掺杂浓度和结构设计有关。了解并掌握这些击穿机制，对于优化MOS管的应用、提升设备稳定性及延长使用寿命具有重要意义。因此，作为采购经理，选择具有优良击穿特性的MOS管，是确保设备可靠运行的关键。

当MOS电容的GATE相对于BACKGATE正偏置时发生的情况。穿过GATE DIELECTRIC的电场加强了，有更多的电子从衬底被拉了上来。同时，空穴被排斥出表面。随着GATE电压的升高，会出现表面的电子比空穴多的情况。由于过剩的电子，硅表层看上去就像N型硅。掺杂极性的反转被称为inversion，反转的硅层叫做channel。随着GATE电压的持续不断升高，越来越多的电子在表面积累，channel变成了强反转。Channel形成时的电压被称为阈值电压Vt。当GATE和BACKGATE之间的电压差小于阈值电压时，不会形成channel。当电压差超过阈值电压时，channel就出现了。mos管在电路中一般用作电子开关，在开关电源中常用MOS管的漏极开路电路，漏极原封不动地接负载，叫开路漏极，开路漏极电路中不管负载接多高的电压，都能够接通和关断负载电流。是理想的模拟开关器件。这就是MOS管做开关器件的原理。当然MOS管做开关使用的电路形式比较多了。

Source、Drain、Gate分别对应场效应管的三极：源极S、漏极D、栅极G(里这不讲栅极GOX击穿，只针对漏极电压击穿)。

1、MOSFET的击穿有哪几种?

先讲测试条件，都是源栅衬底都是接地，然后扫描漏极电压，直至Drain端电流达到1uA。所以从器件结构上看，它的漏电通道有三条：Drain到source、Drain到Bulk、Drain到Gate。

这个主要是Drain加反偏电压后，使得Drain/Bulk的PN结耗尽区延展，当耗尽区碰到Source的时候，那源漏之间就不需要开启就形成了 通路，所以叫做穿通(punch through)。那如何防止穿通呢?这就要回到二极管反偏特性了，耗尽区宽度除了与电压有关，还与两边的掺杂浓度有关，浓度越高可以抑制耗尽区宽度延展，所以flow里面有个防穿通注入(APT：AnTI Punch Through)，记住它要打和well同type的specis。当然实际遇到WAT的BV跑了而且确定是从Source端走了，可能还要看是否 PolyCD或者Spacer宽度，或者LDD_IMP问题了。那如何排除呢?这就要看你是否NMOS和PMOS都跑了?POLY CD可以通过Poly相关的WAT来验证。

MOS管被击穿的几种情况，1. 过电压击穿：当MOS管的栅极电压超过其额定值时，可能导致栅极与源极或漏极之间的绝缘层被击穿。这种击穿通常是由于电路设计不当、电源电压波动或瞬态过电压引起的。

2. 过电流击穿：过大的电流流过MOS管时，会使其内部的结温迅速升高，当结温超过材料的承受能力时，便会导致击穿。过电流击穿通常与负载短路、电路设计不当或MOS管选型不合适有关。

3. 静电击穿：静电放电(ESD)是MOS管在运输、存储和使用过程中可能遇到的问题。当静电积累到一定程度并突然放电时，会产生高电压和大电流，从而导致MOS管被击穿。

MOS管击穿后是短路还是断路，MOS管被击穿后的状态取决于击穿的具体情况。一般来说，过电压或过电流导致的击穿可能会使MOS管内部结构受损，从而形成低阻通路，使管子呈现短路状态。而静电击穿可能导致栅极与源极或漏极之间的绝缘层被完全破坏，使管子失去控制能力，呈现断路状态。然而，实际情况可能更为复杂，因为击穿程度和损伤位置的不同会影响管子的最终状态。

预防MOS管击穿的方法及应对措施，1. 预防方法：

(1)合理设计电路，确保MOS管工作在安全的电压和电流范围内。

(2)选用具有合适耐压和耐流能力的MOS管型号。

(3)在电路中加入过压保护、过流保护和静电保护等措施。

2. 应对措施：

(1)一旦发现MOS管被击穿，应立即切断电源，防止故障扩大。

(2)检查并更换损坏的MOS管及周围可能受损的元器件。

(3)对电路进行全面检查，排除可能导致击穿的隐患。

(4)在重新投入使用前，进行充分的测试和验证，确保电路安全可靠。

在击穿发生后，绝缘体失去了原本的绝缘性能，电流可以自由地通过。因此，雪崩击穿是不可逆的，在绝缘体击穿后，必须进行维修或更换才能恢复其正常工作状态。

为了更好地理解雪崩击穿的机理，我们可以从绝缘材料的特性和击穿机制来分析。绝缘材料通常具有较高的电阻和电导率很低的特点，这样可以阻止电流在绝缘材料中的传导。然而，在高压电场下，电子会获得足够的能量以克服电阻，从而导致电子雪崩的发生。电子雪崩会产生大量的自由电子和空穴，它们会相互碰撞并留下新的电子和空穴对。这个过程会导致电流在绝缘体中的传导，最终导致绝缘体击穿。

在实际应用中，为了防止雪崩击穿的发生，工程师通常采取一些预防措施。一种常见的方法是增加绝缘层的厚度，以增加击穿电压。此外，还可以选择具有较高击穿电压的绝缘材料或者通过绝缘物体的表面涂层增加其绝缘性能。此外，电力系统中还会使用过电压保护装置来监测并限制电压的上升，以避免绝缘体的击穿。

总结而言，雪崩击穿是电力系统中重要的电气现象，它会破坏绝缘体的绝缘性能并导致电流通过。与之相对应的是齐纳击穿，它是绝缘体中电流突破发生的现象。尽管两者相似，但它们在击穿机制和范围上存在一些明显的区别。雪崩击穿是不可逆的，一旦发生必须进行修复或更换，因此需要采取适当的预防措施来避免其发生。

3、网址：www.baitaishengshi.com