1.安全工作区
功率MOSFET必须工作在极限参数规定的区域，该区域称为安全工作区（SOA）。如图4-40所示，功率MOSFET的SOA由导通电阻Ron、最高漏极电流IDM、最大耗散功率PDM及最高漏源电压U（BR）DS决定。当UDS很小时，SOA由Ron和IDM决定；当UDS较大时，SOA由PDM决定；当UDS很大时，SOA由U（BR）DS决定。此外，SOA与脉冲持续时间有关，脉冲持续时间越长，温升对SOA影响越大，SOA越小。图中直流工作时的SOA最小。
图4-40 功率MOSFET的SOA
功率MOSFET在任何条件下工作时，其电流、电压及功耗都必须在SOA要求的范围之内。如果电流、电压及功耗超出其极限要求，则会损坏。为了增大功率MOSFET的SOA，除了降低导通电阻、提高击穿电压外，还需加强散热，以降低热阻。
2.雪崩耐量
（1）雪崩耐量的定义 功率MOSFET的雪崩耐量常用单脉冲雪崩耐量EAS和重复脉冲雪崩耐量EAR两个值来表示。单脉冲雪崩耐量EAS定义为单次雪崩状态下器件所能消耗的最大能量。重复脉冲雪崩耐量EAR定义为重复雪崩状态下器件所能消耗的最大能量。EAS越大，表示功率MOSFET承受电路电感引起过电压的能力越强。EAS与器件内部雪崩电流的分布及雪崩面积有关，还与器件的热性能和工作状态相关。雪崩电流导致器件温升，并且温升的大小与功率水平和封装热阻有关。
通常在非箝位的感性开关（UIS）条件下测量EAS，其测试电路如图4-41a所示[50]。当加上栅极脉冲时，功率MOSFET中的电流根据L和US的大小逐渐上升。当栅极脉冲结束时，功率MOSFET关断。由于电感中仍有电流流过，UDS会急剧上升，并达到器件的雪崩击穿电压UBR，直到电感中的电流消失。在此过程中，器件中消耗的能量（即雪崩耐量EAS）如图4-41b所示。
功率MOSFET关断之后，漏极电流不会瞬时改变，会随着击穿电压按一定的速率下降，可用下式来表示：
式中，UBR为功率MOSFET的雪崩击穿电压；US为电源电压；L为电感。
于是雪崩耐量EAS值可表示为
将式（4-68）代入式（4-69a），可得到
式中，UBR为功率MOSFET雪崩击穿电压；IAS为雪崩电流。可见，EAS除了与UBR、IAS有关外，还与电路的初始电感L成正比。(www.xing528.com)
图4-41 功率MOSFET的EAS测试电路及雪崩电流与电压波形
雪崩期间，器件中的雪崩能耗会引起瞬时温升ΔT。此时器件的最高结温Tjm可用下式以表示[50]：
Tjm=ΔT+Tj （4-70）
式中，ΔT为雪崩过程中器件的最大温升；Tj为器件关断前的结温。如果Tjm为175℃，则在Tj=25℃时，允许雪崩电流IAS产生的ΔT为150℃。在Tj=150℃，允许雪崩电流产生的ΔT只有25℃。
图4-42所示为功率MOSFET承受单脉冲雪崩时的SOA测试曲线。可见，当Tj=25℃时，功率MOSFET的SOA区较宽。当Tj=150℃时，由雪崩电流产生的功耗导致其SOA缩小。这说明功率MOSFET不存在由双极型晶体管过热引起的二次击穿现象，但并不排除由雪崩引起的二次击穿。
（2）提高雪崩耐量的措施 为了提高VDMOS的EAS，可以从结构上进行改进，通过增加p体区尺寸a来增加雪崩期间通流面积，还可采用沟槽平面栅（TP-MOS）结构，通过选择适当的沟槽宽度wt和深度dt来提高EAS。此外，采用沟槽体接触（Trench Body Contact，TBC）[51]（见图4-43a），即在VDMOS的源区与p体区欧姆接触处通过刻蚀工艺形成一个浅沟槽，可降低源极接触电阻，有利于提高功率MOSFET的雪崩耐量。西门子（Siemens）公司的S-FET结构（见图4-43b）是采用氧化物侧墙和双离子注入的自对准超精细工艺来改善功率MOSFET的雪崩耐量及稳定性[52]。
图4-42 功率MOSFET承受单脉冲雪崩时的SOA测试曲线
图4-43 改善功率MOSFET雪崩耐量的结构
图4-44所示为TPMOS的雪崩耐量EAS随p体区尺寸a、沟槽平面栅区参数及沟槽接触区深度变化的模拟曲线。可见，当a在16～28μm范围内逐渐增大时，EAS也明显增大。当深度dt为2.0μm时，随宽度wt增大，TPMOS的EAS几乎线性增大。当wt为4.0μm，随dt增大，EAS也增大。可见，TPMOS的EAS与p体区尺寸有关，即p体区尺寸越大，雪崩面积越大，雪崩耐量越高。当接触区槽深dc为2.5μm时，雪崩耐量最高，如图4-44d所示。但接触区槽深dc不能过大，否则会在接触槽底处发生穿通击穿，导致雪崩耐量急剧下降。
图4-44 TPMOS雪崩耐量随结构参数的变化
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