New Failure Mechanism Induced by Current Limit for Superjunction MOSFET Under Single-Pulse UIS Stress

MOSFET 电气工程 电压 雪崩击穿 物理 失效机理 光电子学 材料科学 击穿电压 工程类 晶体管 复合材料
作者
Xin Tong,Siyang Liu,Weifeng Sun,Jianhui Wu,Zhuo Yang,Yuanzheng Zhu,Lihua Ni
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:68 (7): 3483-3489 被引量:13
标识
DOI:10.1109/ted.2021.3078718
摘要

New failure mechanism induced by current limits has been investigated for the superjunction MOSFET (SJ-MOSFET) under single-pulse unclamped inductive switching (UIS) test stress. It is found that the local charge imbalance ( Q n > Q p ) at the chip corner produces a hotspot during the UIS test. The failure of the device induced by the hotspot depends on the magnitude of the avalanche current. For a low avalanche current, the avalanche current is redistributed from the local charge imbalance region to the charge balance region due to the lattice temperature increasing, resulting in the local heating toward the full-scale heating. However, for a high avalanche current, the negative differential resistance (NDR) effect plays a dominant role in the local charge imbalance region, decreasing the dynamic breakdown voltage (BV) sharply. Therefore, the hotspot is locked at the charge imbalance region; then, the device is destroyed in a short time. Finally, an SJ-MOSFET with more p-type charges at the chip corner is produced to improve the avalanche capability relating to the current limit, also verifying the mechanism analysis.
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