IGBT及其子器件的几种失效模式

摘要：本文通过案例和实验，概述了四种IGBT及其子器件的失效模式：MOS栅击穿、IGBT-MOS阈值电压漂移、IGBT有限次连续短路脉冲冲击的积累损伤和静电保护用高压npn管的硅熔融。

关键词：栅击穿 阈值电压漂移  积累损伤  硅熔融

1、  引言

　　IGBT及其派生器件，例如：IGCT，是MOS和双极集成的混合型半导体功率器件。因此，IGBT的失效模式，既有其子器件MOS和双极的特有失效模式，还有混合型特有的失效模式。MOS是静电极敏感器件，因此，IGBT也是静电极敏感型器件，其子器件还应包括静电放电（SED）防护器件。据报道，失效的半导体器件中，由静电放电及相关原因引起的失效，占很大的比例。例如：汽车行业由于失效而要求退货的器件中，其中由静电放电引起的失效就占约30%。

　　本文通过案例和实验，概述IGBT及其子器件的四种失效模式：

（1）       MOS栅击穿；

（2）       IGBT——MOS阈值电压漂移；

（3）       IGBT寿命期内有限次连续短路脉冲冲击的累积损伤；

（4）       静电放电保护用高压npn管的硅熔融。

2、  MOS栅击穿

　　IGBT器件的剖面和等效电路见图1。

　　由图1可见，IGBT是由一个MOS和一个npnp四层结构集成的器件。而MOS是金属—氧化物—半导体场效应管的简称。其中，氧化物通常是硅衬底上氧化而生成的SIO₂，有时还迭加其他的氧化物层，例如Si₃N₄，Al₂O₃。通常设计这层SiO₂的厚度ts：{{分页}}

　　微电子系统：ts<1000A电力电子系统：ts≥1000A。

　　SiO₂，介质的击穿电压是1