上一個Part 我們已經介紹了MOSFET的Body Diode,逆向回復時的電壓電流的四個區間的動作行為,這一個Part我們將介紹,MOSFET的Body Diode的損壞方式.MOSFET的Body Diode的損壞,會在逆向恢復期間,通常會有一個高電壓(Vds)瞬間施加到Body Diode,導致MOSFET的載子濃度提供,在這種狀態下,功率損耗可能集中在兩倍的雪崩電流的情況下,由於載子分佈不均勻而出現小斑點. 如果發生這種情況,Body Diode就可能會受到損壞. MOSFET 漂移層中載子濃度越高,所以電荷注入越大,因而電場強度發生變化. 如上所述,較斜的 -diF/dt 斜率會導致載子被加速並快速離開n-漂移層.
因此較斜的 -diF/dt 斜率會降低MOSFET的Body Diode逆向恢復時間.每個載體移動的距離不同,難度也不同.因此 逆向恢復時間越短,更多的載子留在漂移層中而不被掃除. 殘餘載子導致電場集中在它們退出漂移的小點上層,而導致二極體損壞.因此,diF/dt 值越大,Body Diode越容易受逆向恢復破壞的.
因此較斜的 -diF/dt 斜率會降低MOSFET的Body Diode逆向恢復時間.每個載體移動的距離不同,難度也不同.因此 逆向恢復時間越短,更多的載子留在漂移層中而不被掃除. 殘餘載子導致電場集中在它們退出漂移的小點上層,而導致二極體損壞.因此,diF/dt 值越大,Body Diode越容易受逆向恢復破壞的.
逆向恢復破壞機制:
Body Diode電流減小到一定值後,VDS電壓會瞬間提升,如圖 1中的 #3 到#4, VDS電壓的dv/dt 是Body Diode損壞的主要原因,在這種狀態下,MOSFET內的載子會幾乎消失,而載子仍保留在接近末端的位置. n-漂移層會保留末端的所有電洞,將其都集中在n-漂移層末端附近.Gate 在傳輸到Source, 之前位於MOSFET 單元的外圍,這種電洞濃度會導致電場分佈發生變化會超過電場強度臨界值,這會導致局部產生兩倍的雪崩擊穿導致Body Diode損壞.
圖1 : MOSFET的逆向恢復波形,(註一: TOSHIBA Reverse Recovery Operation and Destruction of MOSFET Body DiodeApplication Note.)
相較上述的情況,在n-漂移層的末端會觀察到損壞的痕跡,在施加靜態電壓期間,MOSFET僅具有透過摻雜引入的載子.因此,n-漂移層末端附近的電荷較低,因此,空乏層水平延伸,減少了末端的電場P-base.由於空乏層延伸到載流子濃度較低的n層中,因此施加的電壓僅由空乏層維持. 因此,在應用靜態電壓時,P-Base在電池正下方和n-漂移末端具有相等的電場層.相反的在逆向恢復期間,靠近末端有許多帶正電的電洞,P-Base如圖3(b)所示,使得空乏層難以擴展.使得n-漂移層的末端具有高摻雜濃度, 導致P-Base電場在末端增加(E = V/d,其中 E 是電場,V 是施加的電壓,d 是空乏層深度), 當電場超過臨界值時在低於靜態擊穿電壓的電壓下而會發生雪崩擊穿,由於雪崩導致電流增加擊穿產生負電阻,導致電流集中，導致MOSFET損壞.
圖2 : 逆復期間載子分佈與電場的差異和逆復和施加靜態電壓期間的分佈,(註一: TOSHIBA Reverse Recovery Operation and Destruction of MOSFET Body DiodeApplication Note.)
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