IGBT及其子器件的幾種失效模式

摘要：本文通過案例和實(shí)驗(yàn)，概述了四種IGBT及其子器件的失效模式：MOS柵擊穿、IGBT-MOS閾值電壓漂移、IGBT有限次連續(xù)短路脈沖沖擊的積累損傷和靜電保護(hù)用高壓npn管的硅熔融。

關(guān)鍵詞：柵擊穿 閾值電壓漂移  積累損傷  硅熔融

1、  引言

　　IGBT及其派生器件，例如：IGCT，是MOS和雙極集成的混合型半導(dǎo)體功率器件。因此，IGBT的失效模式，既有其子器件MOS和雙極的特有失效模式，還有混合型特有的失效模式。MOS是靜電極敏感器件，因此，IGBT也是靜電極敏感型器件，其子器件還應(yīng)包括靜電放電（SED）防護(hù)器件。據(jù)報(bào)道，失效的半導(dǎo)體器件中，由靜電放電及相關(guān)原因引起的失效，占很大的比例。例如：汽車行業(yè)由于失效而要求退貨的器件中，其中由靜電放電引起的失效就占約30%。

　　本文通過案例和實(shí)驗(yàn)，概述IGBT及其子器件的四種失效模式：

（1）       MOS柵擊穿；

（2）       IGBT——MOS閾值電壓漂移；

（3）       IGBT壽命期內(nèi)有限次連續(xù)短路脈沖沖擊的累積損傷；

（4）       靜電放電保護(hù)用高壓npn管的硅熔融。

2、  MOS柵擊穿

　　IGBT器件的剖面和等效電路見圖1。

　　由圖1可見，IGBT是由一個(gè)MOS和一個(gè)npnp四層結(jié)構(gòu)集成的器件。而MOS是金屬—氧化物—半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的簡(jiǎn)稱。其中，氧化物通常是硅襯底上氧化而生成的SIO₂，有時(shí)還迭加其他的氧化物層，例如Si₃N₄，Al₂O₃。通常設(shè)計(jì)這層SiO₂的厚度ts：{{分頁}}

　　微電子系統(tǒng)：ts<1000A電力電子系統(tǒng)：ts≥1000A。

　　SiO₂，介質(zhì)的擊穿電壓是1