以下文章來源于IGBT學徒，作者小方同學123

短路失效網(wǎng)上已經(jīng)有很多很詳細的解釋和分類了，但就具體工作中而言，我經(jīng)常遇到的失效情況主要還是發(fā)生在脈沖階段和關(guān)斷階段以及關(guān)斷完畢之后的，失效的模式主要為熱失效和動態(tài)雪崩失效以及電場尖峰過高失效(電流分布不均勻)。理論上還有其他的一些失效情況，但我工作中基本不怎么遇到了。

一、關(guān)斷延遲失效

關(guān)斷完畢之后延遲失效往往是由于器件短路過程中積累了大量熱，在設置的短路時間內(nèi)來不及向四周傳遞，但在關(guān)斷之后幾us后熱傳遞到芯片四周，特別是芯片背面某區(qū)域，導致該區(qū)域的發(fā)射效率提高，空穴濃度上升，碰撞離化加劇，最后電流又抬起來了，導致器件失效。所以一般在測試短路能量極限時，不斷加短路時間，比如8us時沒有失效，9us時失效了，但是9us的短路波形是正常的，這時的短路能量仍然能讀取出來，但這個能量不能作為該顆芯片的短路能量極限，而應該取失效前也就是8us時的能量為極限，這就是熱量的傳遞需要時間，9us不足以把熱量完全傳遞到芯片的每一處背面區(qū)域，所以說延遲失效一般與芯片的厚度，面積有關(guān)，厚度越厚，面積越大，延遲失效越容易發(fā)生。

在對高壓器件進行短路能量極限測試時，比如額定1700V的芯片，失效情況就基本都是延遲失效了。

二、關(guān)斷失效

短路關(guān)斷失效一般都是發(fā)生動態(tài)雪崩了，器件在短路關(guān)斷時，會產(chǎn)生很大的didtoff，疊加在系統(tǒng)雜感上，產(chǎn)生一個Vce電壓過沖尖峰，若該尖峰過大則會導致器件失效，不過一般在測試器件的短路極限能力時，比如電流極限和能力極限，只需要把驅(qū)動Rgoff用很大即可，但在測試器件的短路SOA時，驅(qū)動電阻與雙脈沖測試的驅(qū)動電阻一致時，就需要考慮到這個電壓尖峰的影響，關(guān)斷失效這個很好理解，就不過多講述了。

三、短路脈沖失效

之前講短路機理的那篇文章有講過當IGBT背面增益比較低時，短路脈沖階段的電場是背面電場比正面電場高的，所以這里就會導致一種失效叫短路脈沖失效，這里背面電場抬高后會引起背面電流分布不均勻，產(chǎn)生電流絲，形成局部過熱區(qū)，最終導致失效。

一方面來說，短路電流越大越容易導致短路脈沖失效，另一方面背面增益越低也越容易導致短路脈沖失效。具體的一些理論分析請參見上一篇短路過程講解的文章。IGBT內(nèi)容分享（8）：IGBT短路過程詳解

這里通過TCAD仿真來做一些論證。本次仿真借用sentaurus例子庫里的器件結(jié)構(gòu)來做展示，對背面增益以及短路電流大小進行拉偏，進行短路仿真。

圖一、背面增益拉偏，短路仿真時電場分布

從圖一可以看到，在短路仿真時，對背面集電極注入劑量進行了3e13、3e14、3e15的拉偏，其中3e13劑量時背面電場最高。同時我們知道在雙脈沖仿真和靜態(tài)BV仿真時，都是槽底部電場最高，也就是正面電場比背面電場高，如圖二、圖三。

圖二、靜態(tài)BV仿真時電場分布

圖三、雙脈沖仿真時電場分布

所以通過圖一、圖二、圖三的電場分布對比，可以驗證之前提到的，短路脈沖階段是背面電場比正面電場高，且背面增益越低，背面電場會更高，也更容易發(fā)生短路脈沖失效。

接下來對短路仿真時，短路電流進行拉偏，如圖四所示

圖四、短路仿真時電流拉偏

從圖四可以看到，IGBT短路電流大時，更容易發(fā)生短路脈沖失效，這是由于大電流導通時，IGBT內(nèi)部充斥著大量的載流子，當背面增益不夠大時，漂移區(qū)內(nèi)部的電場梯度dE/dt會隨著電流不斷變大而減小，也就是背面的電子越來越多，最后導致電場在背面進行了反轉(zhuǎn)，背面電場比正面高，而實際工藝中IGBT內(nèi)部重復的單元結(jié)構(gòu)會存在一些微弱的差異，背面的高電場強度不會是處處相等的，所以在脈沖初始階段會存在微小的電流不均勻分布現(xiàn)象，這時器件的短路電流會流向電場不均勻區(qū)域，這樣又加劇了電流不均，形成正反饋，最終形成局部過熱區(qū)，導致在脈沖階段就發(fā)生了器件失效。

所以說除了降低器件短路電流外，增大背面增益也是一種提高短路能力的方式，好了，今天的分享就到這里了，希望對各位有用。