功率半导体损坏机理——热击穿

时间： 2023-11-30 来源：龙夏电子

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前言：

要探讨功率半导体损坏，不得不提到一个名词：本征载流子浓度，高温造成功率半导体损坏的罪魁祸首就是器件里的存在的本征载流子浓度。

一、本征载流子

分析半导体材料则要分析到半导体能带，能带是量子力学产物，简单来说能带是由能级分化而来，分立状态下的原子核外层电子是分能级的。把原子聚集在一起，形成规则有序的排列就形成了晶体，如单晶硅，单晶锗等等。

就以金刚石为例说明能带的来源：当把n个碳原子按照一定的间距排列好之后，能级就会分裂成能带，电子就会杂化在一起形成1s22s22p6的8n个状态，当晶体能量更低处于绝对零度时，电子会聚集到更低能级，上能级4n个的状态，下能级4n个状态。能带被电子在绝对零度下填满的最下面的4n个能量状态成为价带，上面绝对零度空的4n个能量状态成为导带，导带与价带都允许电子存在，而在导带与价带的中间的带隙不允许电子存在成为禁带或带隙。不同的材料中间的带隙也不同，如Ge禁带宽度小为0.66eV（单位：电子伏特），Si为1.1eV，碳化硅和氮化镓则为三点多。把材料分为半导体，绝缘体，导体来看半导体带隙一般为0.5-2eV，绝缘体带隙更宽为5-10eV，导体金属则没有带隙。

现在则可以讨论本征载流子的由来，在绝对零度时电子都处于价带上，如图是原子核以共价键的示意图。绝对零度为-273摄氏度，在日常室温时就远远高于绝对零度，而远高于绝对零度的温度则就意味着电子会具有一定能量，如果电子具有的能量能够高于禁带宽度，那么电子则就可以由价带跃迁至导带上，在价带上就会留下一个正电的空穴，跃迁至导带的电子就可以作为本征载流子在电场作用下导电。

所以本征载流子来自价带，由热激发所形成。价带上的空位置叫空穴，空穴带正电。如果载流子仅由热激发产生，那么电子和空穴浓度相等。

二、本征载流子浓度的计算

本征载流子数量的多少经过分析可知，一定与禁带宽度有关，如果禁带宽度越宽，就意味着本征载流子的数量会越少，还有就是与温度有关，因为本征载流子是靠热激发而产生的。具体浓度计算式如右所示，右图曲线为Si和4H-SiC本征载流子浓度随温度的函数。单晶硅由于禁带宽度比碳化硅小，所以它的本征载流子浓度更高，并本征载流子浓度都是随着温度的增加而增加。

三、热击穿——过热所引起的损坏

功率器件热击穿的损坏原因：

随着功率半导体工作的功率增大，器件的产热也随之增加，器件温度随之上升则本征载流子浓度继续增大，本征载流子浓度增大器件的漏电流随之增大，漏电流增大器件的功耗上升，功耗上升又循环回器件本身温度增加，完成一个正反馈的闭环。而功率半导体器件工作时一旦无法平衡这个正反馈，那么器件就将被损坏，也就热击穿了。

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描述- This selection guide offers a comprehensive look at the breadth and depth of the IXYS: A Littelfuse Technology power semiconductor and control IC portfolio. From milliwatt to gigawatt system solutions and everything in between, Littelfuse has got the devices that meet your needs.

型号- IXTR20P50P,IXFX 180N10,IXXH80N65B4H1,IXFA14N60P,IXTA8N65X2,IXFH16N60P3,DSP8-12A,IXTH440N055T2,DSS16-01AS,IXFK48N60Q3,DSEP...,IXFN360N15T2,MIXG240RF1200PTED,IXYH24N90C3,IXFB210N30P3,IXFP12N65X2,DSP8-12S,IXTP08N50D2,IXTY32P05T,MUBW50-17T8,IXFK160N30T,IXFH50N60P3,IXFT96N20P,DPG30P300PJ,LSIC2SD065E40CCA,X014A,IXTT500N04T2,IXTH1N170DHV,IXYH30N170C,DSEP30-06BR,IXEL40N400,IXTP6N100D2,IXFH170N10P,IXFR16N120P,MBR10200CT,DSEI2X30-06C,IXTQ64N25P,IXTP16N50P,DSA20C200PB,DST2045AX,IXTX240N075L2,IXTA76N25T,IXTQ22N50P,IXFT14N80P,IXTY44N10T,IXFP12N65X2M,IXYP8N90C3,DSB60C30PB,DSEP2X91-03A,IXBOD 2-17RD,S802XSX,IXTT52N30P,DSA70C100HB,CMA30E1600PB,IXTA3N100P,IXFR64N50Q3,IXTA70N075T2,IXTX32P60P,IXTX600N04T2,IXTA100N04T2,CMA30E1600PN,CLA5E1200PZ,DST1045S,DMA10P1200HR,IXGH12N120A3,IXTX4N300P3HV,IXTH04N300P3HV,IXFK44N50P,IXTP44P15T,IXXN200N65A4,IXFH96N15P,IXFP4N100P,IXTP120P065T,IXFH86N30T,IXTP3N100P,IXTH20P50P,FMD15-06KC5,IXFX78N50P3,IXBOD 1-19RD,DHG20C1200PB,LSIC2SD120A20A,IXTX120P20T,IXTP140P05T,IXFL44N100P,IXTH80N075L2,IXYH40N120B3D1,DSTF2080C,DST580S,IXFR230N20T,IXTT26N50P,IXFA76N15T2,IXGF20N250,FUO22-16N,IXTQ96N15P,IXFP20N85X,IXTA86N20X4,DSTF3060C,IXFH22N50P,IXTN240N075L2,IXFP60N25X3,IXBOD 1-30R,IXFK170N10P,IXTX200N10L2,DST1040S,IXFJ80N25X3,CS20-14IO1,DSE...-...C,IXFP90N20X3,IXFN50N120SIC,IXTH76P10T,IXXH110N65C4,IXYH50N120C3D1,IXBOD2-29RD,IXTP96P085T,MKE38P600LB,IXTN32P60P,IXFK120N20P,IXFT15N100Q3,DH20-18A,IXXH110N65B4,IXFY26N30X3,MMIX1X200N60B3,DSEI25-06A,...RF...,CLA5E1200UC,IXXN110N65B4H1,IXFB62N80Q3,IXTH12N100L,IXTP26P10T,FBO40-12N,IXFK120N25P,DSA15IM150UC,IXFN30N120P,IXYT30N65C3H1HV,FUO22-12N,IXTQ48N20T,IXFX64N50P,DSEI2X61-10B,DSTF10200C,IXTX6N200P3HV,IXFK170N25X3,IXBA10N300HV,DSEC30-12A,IXYH40N90C3,IXBOD 1-32RD,DCG20B650LB,IXTA4N150HV,IXFK140N25T,IXTP76N25T,DSP8-12AS,IXFN44N80P,IXFN80N60P3,IXTA44P15T,DHG40B1200LB,IXFY36N20X3,IXYA12N250CHV,IXFH15N100Q3,IXFQ28N60P3,IXFH44N50Q3,IXTX170P10P,IXTA2R4N120P,IXTA1R6N100D2,IXA30IF1200HR,IXCK36N250,IXTP70N075T2,DPG30IM400PC,IXTQ60N20T,IXTX5N250,IXBH10N300,DHG30I600PA,FMM75-01F,IXTA08N100P,IXTP34N65X2,IXFN82N60Q3,MMIX1F44N100Q3,DSTF4045C,IXFH88N30P,DSTF30120CR,DMA120B800LB,IXXK200N65B4,DSTF40100C,IXFN80N50P,DST5100S-A,IXTQ36P15P,IXTP8N70X2,IXTT30N50L2,DLA20IM800PC,IXYT25N250CHV,DMA...P...,DSS10-01A,IXTH3N200P3HV,IXFP10N60P,IXTY4N70X2,DSA30C45PC,IXTT120N15P,IXBOD 2-26RD,IXTQ88N30P,DSA30C45PB,DNA120E2200KO,IXFT40N85XHV,IXFP72N30X3M,DSA60C45HB,DSSK70-0015B,IXTA120P065T,DSEC60-06B,IXTH16N50D2,DSEC60-06A,IXXH50N60C3,IXFK78N50P3,MMIX1T132N50P3,IXFH102N15T,MBRB1060CT,IXXK160N65B4,IXFZ520N075T2,IXTN120P20T,IXFB300N10P,IXTR90P10P,IXBK64N250,IXTK90N25L2,IXTP1N100P,DSS10-006A,MIXA40WB1200TED,DSA15IM45IB,IXYH50N120C3,CLA100E1200HB,IXTP170N13X4,IXTU8N70X2,IXXK160N65C4,IXFH15N100P,IXFP44N25X3,IXXH75N60B3,IXTT16N20D2,IXYF30N400V1,IXFK420N10T,DSTF60100C,DSEI2X61-12P,MMIX1T600N04T2,DSEI2X61-12B,DSA120X200LB,DSSK70-008A,IXBF32N300,CPC3902,CLA100E1200KB,IXTY2N100P,DSSK80-0045B,DSA80C45HB,IXTT30N60P,IXTQ82N25P,DSEP6-06AS,DHG60I1200HA,IXFK80N50P,IXFN38N100P,DMA10P1200UZ,IXXH75N60C3,IXTA24N65X2,CPC3909,DS...I...NA,X016C,IXFK360N15T2,IXTH58N25L2,IXFQ10N80P,DMA30IM1600PZ,IXYX40N250CHV,MIXA150W1200TEH,IXYF16N250CV,IXTH1N200P3,IXTT90P10P,IXTP170N075T2,IXFH26N50P3,IXXH30N60B3D1,IXYN100N120B3H1,IXXH50N60B3,DPG30I300PA,IXFR48N60P,MKE 38RK600DFELB,IXFP20N50P3,MIXA...O...,CLA40MT1200NPZ,DPF60C200HB,IXBOD2-30R,IXYX120N120C3,DPG15I200PA,DSEP6-06BS,IXTH120N20X4,IXA12IF1200PB,IXTH02N250,IXFT120N25T,IXFK24N80P,DSS25-0025B,IXGP20N120A3,IXFK150N15P,DSTF30120C,ITF40PF1200DHGTLB,LSIC1MO120T0080,IXFX44N80Q3,IXFP26N30X3,DHG100X650NA,CLA100E1200TZ,IXFQ80N25X3,IXFN320N17T2,IXA40IF1200HR,IXYH55N120A4,IXTN30N100L,IXFT150N20T,IXTH62N65X2,IXTB30N100L,DSEP 2X...1-...,IXFH52N30P,IXFN26N120P,DSA15IM45UC,IXTJ6N150,IXYP15N65C3,DSEI12-06AS,MBRF10200CT,IXFK520N075T2,IXTH64N10L2,IXXK300N60C3,IXTT140N10P,IXFH26N60P,DSA30C150HB,DSSK50-01A,IXFK140N20P,IXFK230N20T,IXFX64N60P3,IXFB132N50P3,DMA50I1200HA,IXBOD2-42RD,IXTT82N25P,IXFR24N90P,IXFH72N30X3,MMIX1H60N150V1,IXFK64N50P,IXTT80N20L,IXTH44P15T,IXTY18P10T,DST20100C,IXYX120N120B3,IXFN140N25T,IXTH12N65X2,DSSK20-0045B,IXFH14N60P3,IXFN52N100X,IXBT32N300HV,IXTH3N150,IXYH55N120C4,IXFH120N25T,IXXK300N60B3,IXFX64N60Q3,IXFK120N30P3,IXFK80N60P3,DSEI20-12A,DSEI30-06A,DCG10P1200HR,IXYF20N400C,IXTH50N25T,DSI30-08A,DSA120X150LB,DSEI19-06AS,IXYL60N450,DPF60C200HJ,DSSK70-003B,MCL10P1200LB,SXX40X,IXGT32N100A3,IXBOD 1-23RD,DSSK28-0045BS,CS30-16IO1,IXBN75N170,MBRF20200CTR,IXFR32N100Q3,IXTH180N10T,MTC120WX55GD,IXXN200N60C3H1,IXGT25N250,IXFH18N65X2,IXGX82N120A3,DSA60C45PB,IXBOD 2-22RD,IXFH120N20P,DSEP30-06B,DSEP30-06A,IXXP12N65B4,IXTQ26N50P,IXTH10N100D2,IXTT88N30P,IXTX400N15X4,CPC3960,MIXG240W1200TEH,IXBOD2-34R,MMIX1X340N65B4,IXYN110N120B4H1,IXGF32N170,IXFP30N25X3,DSI45-16AR,IXTA8N70X2,W0508SA040,MMIX1F520N075T2,IXYN300N65A3,IXFN40N110P,IXTA90N055T2,DPG60I300HA,MIXA225PF1200TSF,IXTH48P20P,IXFY8N65X2,IXFH22N65X2,IXYH40N65B3D1,IXTP1R4N120P,IXBOD2-33R,IXTT64N25P,IXFN210N30X3,IXBOD2-32R,IXFP60N25X3M,DPG10I200PA,SXX0

选型指南 - LITTELFUSE - v0323 - 0323 PDF 英文下载

亚成微电子（Reactor Microelectronics）功率MOSFET选型指南

描述- 亚成微专注于高速率功率集成技术设计领域。主要产品包括功率MOSFET、AC/DC电源管理芯片、LED驱动芯片以及包络追踪射频功率放大器（ET-PA）等。产品可被广泛应用于5G通讯、消费电子以及LED照明等多领域中。亚成微拥有由多名博士带领的国际领先技术的设计团队，公司自主研发的产品已获得国家专利62项、国际专利3项，另有67余项专利正在受理中，其中包含9项国际专利。

型号- RMA65R1K0SN,RMA65R380SN,RMG65R600BN,RC10R600H,RMC65R280SN,RMA65R950SN,RMA65R600BN,RMC65R1K0SN,RMG65R380SN,RMG65R650BN,RMXXXRXXX,RMC65R950SN,RMA65R650BN,RMA65R280SN,RMG65R1K0SN,RMC65R650BN,RMG65R280SN,RMC65R380SN

选型指南 - 亚成微电子 - 版本号：V1.1 - 2021/5/25 PDF 中文下载