MOSFET的失效机理：什么是SOA（Safety Operation Area）失效

MOSFET的失效机理

什么是SOA（Safety Operation Area）？

SOA是“Safety Operation Area”的缩写，意为“安全工作区”。要想安全使用MOSFET，就需要在SOA范围内使用MOSFET，超过这个范围就有可能造成损坏。在SOA范围之外工作时造成的损坏称为“SOA失效”。例如，SJ MOSFET（Super Junction MOSFET）R6024KNX的SOA如下所示：

SJ MOSFET R6024KNX的SOA

SOA由纵轴上的漏极电流I_D和横轴上的漏源电压V_DS来表示。也就是说，V_DS、I_D及它们的乘积（功率损耗P_D）、以及二次击穿区决定了MOSFET的安全工作范围。另外，施加功率的脉冲宽度P_W也是决定SOA的重要因素。SOA划分为图中所示的（1）～（5）个区域。

SOA的区域划分、限制以及与失效之间的关系

下面介绍一下图中的区域（1）～（5）。

■区域（1）：漏极电流I_D受MOSFET的导通电阻R_DS（ON）限制的区域

是指即使施加的V_DS小于绝对最大额定值，ID也会受到R_DS（ON）限制的区域。根据欧姆定律I=V/R，I_D只能流到红线位置。　　※图中的区域是V_GS＝10V时的示例

■区域（2）：由施加脉冲时漏极电流的绝对最大额定值I_DP决定的区域

（2）的绿线是规格书中规定的I_DP的绝对最大额定值。当然，绝对最大额定值是绝对不能超过的，因此当I_DP超过该值时是无法使用的。如果在超过该值的范围（电流值）使用，由于超出了保证的工作范围，因此可能会造成损坏。

■区域（3）：热限制区域

这是由MOSFET的容许损耗P_D决定的区域。受施加功率的脉冲宽度P_W和瞬态热阻的限制。只要在该范围内，Tj通常不会超过绝对最大额定值Tj_MAX，因此可以安全使用。但是请注意，该线会因环境温度、MOSFET的实际安装条件和散热条件等因素而异。此外，作为开关使用MOSFET时，可能会瞬间被施加高电压和大电流，因此即使在开关的瞬态状态下也必须注意不要超过区域（3）的限制。

■区域（4）：二次击穿区域

当在施加高电压的状态下流过电流时，元器件内部的局部可能会流过大电流并造成损坏，这称为“二次击穿”。这条线是用来防止造成二次击穿状态的限制线。与区域（3）的热限制区域一样，二次击穿区域也受环境温度等因素的影响。

■区域（5）：由MOSFET漏源电压的绝对最大额定值V_DSS决定的区域

这是规格书中规定的受VDSS限制的区域，如果超过这个区域，就可能发生击穿并造成损坏。需要注意的是，由反激电压和寄生电感引起的电压变化，可能会瞬间超过该限制。