MOSFET失效模式测试及分析

为进一步了解MOSFET过压过流失效模式及过程，设计相应电路进行过电压过电流测试，测试电路如下：

1、过电压测试

                                 图1  过电压测试电路

过电压测试的电路如图1所示，

选用40V的功率MOSFET：AON6240，DFN5*6封装。

其中，电源输出电压为60V，使用开关来控制，将60V的电压直接加到AON6240的D和S极，熔丝用来保护测试设备，功率MOSFET损坏后，将电源断开。

2、过电流测试

                        图2  过电流测试电路

过电流测试的电路如图2所示，

选用40V的功率MOSFET：AON6240，DFN5*6的封装。

首先合上开关A，用20V的电源给大电容充电，电容C的容值：15mF，然后断开开关A，合上开关B，将电容C的电压加到功率MOSFET的D和S极，使用信号发生器产生一个电压幅值为4V、持续时间为1秒的单脉冲，加到功率MOSFET的G极。

3、失效情况分析

实验完成后，对器件开盖，进行内部目检，晶粒表面的情况如下：

1）过电压失效损坏

在过压损坏的条件下，从上图可以看到：过电压的失效形态是在硅片中间的某一个位置产生一个击穿小孔洞，通常称为热点，其产生的原因就是因为过压而产生雪崩击穿，在过压时，通常导致MOSFET内部寄生三极管的导通，

由于三极管具有负温度系数特性，当局部流过三极管的电流越大时，温度越高，而温度越高，流过此局部区域的电流就越大，

从而导致MOSFET内部形成局部的热点而损坏。

硅片中间区域是散热条件最差的位置，也是最容易产生热点的地方，可以看到，上图中击穿小孔洞即热点，

正好都位于硅片的中间区域。

2）过电流失效损坏

在过流损坏的条件下，从上图可以看到：所有的损坏位置都是发生的S极，而且比较靠近G极，因为电容的能量放电形成大电流，全部流过功率MOSFET，所有的电流全部要汇集中S极，这样，S极附近产生电流 集中，因此温度最高，也最容易产生损坏。

3）过电压和过电流混合失效损坏

在实际应用中，单一的过电流和过电流的损坏通常很少发生，更多的损坏是发生过流后，由于系统的过流保护电路工作，将MOSFET关断，这样，在关断的过程中，发生过压即雪崩。从上图可以看到MOSFET先过流，然后进入雪崩发生过压的损坏形态。

可以看到，和上面过流损坏形式类似，它们也发生在靠近S极的地方，同时，也有因为过压产生的击穿的洞坑，而损坏的位置远离S极，和上面的分析类似，在关断的过程，距离G极越远的位置，在瞬态关断过程中，VGS的电压越高，承担电流也越大，因此更容易发生损坏。

4）线性区大电流失效损坏

当MOSFET工作在线性区时，如果局部单元区域发生过流时，同样会产生局部热点，温度越高，电流越大，导致温度更一步增加，然后过热损坏。

可以看出，其损坏的热点的面积较大，是因为此区域过一定时间的热量的积累。

另外，破位的位置离G极较远，损坏同样发生的关断的过程，破位的位置在中间区域，同样，也是散热条件最差的区域。