以下文章來(lái)源于IGBT學(xué)徒，作者小方同學(xué)123

短路失效網(wǎng)上已經(jīng)有很多很詳細(xì)的解釋和分類了，但就具體工作中而言，我經(jīng)常遇到的失效情況主要還是發(fā)生在脈沖階段和關(guān)斷階段以及關(guān)斷完畢之后的，失效的模式主要為熱失效和動(dòng)態(tài)雪崩失效以及電場(chǎng)尖峰過(guò)高失效(電流分布不均勻)。理論上還有其他的一些失效情況，但我工作中基本不怎么遇到了。

一、關(guān)斷延遲失效

關(guān)斷完畢之后延遲失效往往是由于器件短路過(guò)程中積累了大量熱，在設(shè)置的短路時(shí)間內(nèi)來(lái)不及向四周傳遞，但在關(guān)斷之后幾u(yù)s后熱傳遞到芯片四周，特別是芯片背面某區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域的發(fā)射效率提高，空穴濃度上升，碰撞離化加劇，最后電流又抬起來(lái)了，導(dǎo)致器件失效。所以一般在測(cè)試短路能量極限時(shí)，不斷加短路時(shí)間，比如8us時(shí)沒(méi)有失效，9us時(shí)失效了，但是9us的短路波形是正常的，這時(shí)的短路能量仍然能讀取出來(lái)，但這個(gè)能量不能作為該顆芯片的短路能量極限，而應(yīng)該取失效前也就是8us時(shí)的能量為極限，這就是熱量的傳遞需要時(shí)間，9us不足以把熱量完全傳遞到芯片的每一處背面區(qū)域，所以說(shuō)延遲失效一般與芯片的厚度，面積有關(guān)，厚度越厚，面積越大，延遲失效越容易發(fā)生。

在對(duì)高壓器件進(jìn)行短路能量極限測(cè)試時(shí)，比如額定1700V的芯片，失效情況就基本都是延遲失效了。

二、關(guān)斷失效

短路關(guān)斷失效一般都是發(fā)生動(dòng)態(tài)雪崩了，器件在短路關(guān)斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的didtoff，疊加在系統(tǒng)雜感上，產(chǎn)生一個(gè)Vce電壓過(guò)沖尖峰，若該尖峰過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致器件失效，不過(guò)一般在測(cè)試器件的短路極限能力時(shí)，比如電流極限和能力極限，只需要把驅(qū)動(dòng)Rgoff用很大即可，但在測(cè)試器件的短路SOA時(shí)，驅(qū)動(dòng)電阻與雙脈沖測(cè)試的驅(qū)動(dòng)電阻一致時(shí)，就需要考慮到這個(gè)電壓尖峰的影響，關(guān)斷失效這個(gè)很好理解，就不過(guò)多講述了。

三、短路脈沖失效

之前講短路機(jī)理的那篇文章有講過(guò)當(dāng)IGBT背面增益比較低時(shí)，短路脈沖階段的電場(chǎng)是背面電場(chǎng)比正面電場(chǎng)高的，所以這里就會(huì)導(dǎo)致一種失效叫短路脈沖失效，這里背面電場(chǎng)抬高后會(huì)引起背面電流分布不均勻，產(chǎn)生電流絲，形成局部過(guò)熱區(qū)，最終導(dǎo)致失效。

一方面來(lái)說(shuō)，短路電流越大越容易導(dǎo)致短路脈沖失效，另一方面背面增益越低也越容易導(dǎo)致短路脈沖失效。具體的一些理論分析請(qǐng)參見上一篇短路過(guò)程講解的文章。IGBT內(nèi)容分享（8）：IGBT短路過(guò)程詳解

這里通過(guò)TCAD仿真來(lái)做一些論證。本次仿真借用sentaurus例子庫(kù)里的器件結(jié)構(gòu)來(lái)做展示，對(duì)背面增益以及短路電流大小進(jìn)行拉偏，進(jìn)行短路仿真。

圖一、背面增益拉偏，短路仿真時(shí)電場(chǎng)分布

從圖一可以看到，在短路仿真時(shí)，對(duì)背面集電極注入劑量進(jìn)行了3e13、3e14、3e15的拉偏，其中3e13劑量時(shí)背面電場(chǎng)最高。同時(shí)我們知道在雙脈沖仿真和靜態(tài)BV仿真時(shí)，都是槽底部電場(chǎng)最高，也就是正面電場(chǎng)比背面電場(chǎng)高，如圖二、圖三。

圖二、靜態(tài)BV仿真時(shí)電場(chǎng)分布

圖三、雙脈沖仿真時(shí)電場(chǎng)分布

所以通過(guò)圖一、圖二、圖三的電場(chǎng)分布對(duì)比，可以驗(yàn)證之前提到的，短路脈沖階段是背面電場(chǎng)比正面電場(chǎng)高，且背面增益越低，背面電場(chǎng)會(huì)更高，也更容易發(fā)生短路脈沖失效。

接下來(lái)對(duì)短路仿真時(shí)，短路電流進(jìn)行拉偏，如圖四所示

圖四、短路仿真時(shí)電流拉偏

從圖四可以看到，IGBT短路電流大時(shí)，更容易發(fā)生短路脈沖失效，這是由于大電流導(dǎo)通時(shí)，IGBT內(nèi)部充斥著大量的載流子，當(dāng)背面增益不夠大時(shí)，漂移區(qū)內(nèi)部的電場(chǎng)梯度dE/dt會(huì)隨著電流不斷變大而減小，也就是背面的電子越來(lái)越多，最后導(dǎo)致電場(chǎng)在背面進(jìn)行了反轉(zhuǎn)，背面電場(chǎng)比正面高，而實(shí)際工藝中IGBT內(nèi)部重復(fù)的單元結(jié)構(gòu)會(huì)存在一些微弱的差異，背面的高電場(chǎng)強(qiáng)度不會(huì)是處處相等的，所以在脈沖初始階段會(huì)存在微小的電流不均勻分布現(xiàn)象，這時(shí)器件的短路電流會(huì)流向電場(chǎng)不均勻區(qū)域，這樣又加劇了電流不均，形成正反饋，最終形成局部過(guò)熱區(qū)，導(dǎo)致在脈沖階段就發(fā)生了器件失效。

所以說(shuō)除了降低器件短路電流外，增大背面增益也是一種提高短路能力的方式，好了，今天的分享就到這里了，希望對(duì)各位有用。