功率DMOS的UIS失效机理分析与增强策略

“功率DMOS的UIS失效机理及改善，任敏，郭绪阳，邓光敏，李泽宏，张金平，高巍，张波。电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室。” 本文深入探讨了功率DMOS（Double-Diffused Metal-Oxide-Semiconductor，双扩散金属氧化物半导体）器件的UIS（Unclamped Inductive Switching，非箝位电感切换）失效机理及其改善策略。UIS现象是功率DMOS在实际应用中可能遇到的最剧烈的电热应力条件，因此对UIS的抵抗能力是评价器件可靠性的关键指标。 首先，文章介绍了功率DMOS的雪崩耐量测试原理。雪崩耐量是指器件在承受超过击穿电压的强电场时，仍能保持稳定工作而不发生永久性损坏的能力。测试通常涉及施加脉冲电压，通过观察电流的增益来评估器件的雪崩耐受程度。 其次，UIS失效机制是分析的重点。当功率DMOS在非箝位电感负载条件下工作时，由于内部电感产生的瞬态电压峰值可能导致过大的电场强度，这将引起载流子的雪崩倍增，产生大量的热量。如果热量无法及时散出，就会导致器件的热击穿，从而引发UIS失效。 接着，作者们讨论了模拟UIS失效的方法，包括使用电路仿真软件如SPICE进行电气模型的建立和仿真，以及采用有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）工具来模拟器件内部的电场和温度分布，以便更准确地预测和分析UIS失效的可能性。 为了改善UIS失效问题，文章提出了多种加固措施。其中包括优化器件结构，如增大衬底电阻以减小内部电感，增强漏区设计以提高热耗散能力；改进工艺技术，如使用低阻材料降低接触电阻，提升封装技术以增强热管理；以及设计保护电路，如加入钳位电路来限制瞬态电压峰值，防止过度雪崩。 最后，本文还强调了在设计和制造过程中对功率DMOS的可靠性评估的重要性，包括加速寿命测试和长期稳定性测试，这些测试有助于确保器件在实际应用中的长期稳定工作。 关键词：微电子与固体电子学；功率DMOS；非箝位电感负载；可靠性；雪崩耐量 这篇论文详细研究了功率DMOS的UIS失效现象，从测试原理、失效机制、模拟方法到改善措施，为提高功率DMOS的可靠性提供了全面的理论基础和技术指导。