冉 飞,冯全源

(西南交通大学 微电子研究所,四川 成都 611756)

功率MOS 器件正越来越广泛地应用在各类汽车系统中,如电子控制单元、交流发电机等,这些应用中都存在着如螺线管或者杂散电感之类的感性负载[1-3],这些感性负载迫使功率器件在关断期间进入雪崩状态,严重影响了器件的可靠性。UIS 测试能够模拟系统应用中的MOS 器件在感性负载条件下遭遇极端电热应力的情况[4]。而以往多数UIS 仿真测试都是基于MOS 元胞[5-7],没有模拟终端带来的影响和变化,与实际器件的UIS 测试存在一定的差异。

为了研究终端结构对整个器件动态雪崩性能带来的影响,Soneda 等[8]完成了硅基VDMOS 器件的UIS实测和元胞与终端并联条件下的UIS 仿真,其结果表明需要保证终端区击穿电压(Breakdown Voltage,BV)适当大于有源区BV 才能够避免在UIS 测试过程中的击穿点转移和电压振荡,进而提升器件的雪崩耐量。而Yao 等[9]对SiC VDMOS 器件的相关研究则表明当器件终端耐压高于有源区耐压时能够明显改善器件的雪崩耐量。

目前的研究中,仍然缺少在结合元胞和终端条件下对UIS 测试过程中功率MOS 器件动态雪崩失效机理的详细分析和解释,所以本文采用将元胞和终端并联仿真的方法,在保持元胞耐压不变的情况下,对两款沟槽MOS 器件进行了UIS 仿真,一款为终端耐压不足的失效器件,一款为终端耐压满足设计要求的改进器件。通过器件在仿真测试过程中表现出来的电流、电压以及晶格温度等特性参数,完成了器件的动态雪崩失效分析和雪崩性能评估。……