MOS管知識(shí)-MOS管電容特性分析

MOS管電容特性-動(dòng)態(tài)特性

從圖九可以看出功率管的寄生電容分布情況，電容的大小由功率管的結(jié)構(gòu),材料和所加的電壓決定。這些電容和溫度無(wú)關(guān)，所以功率管的開關(guān)速度對(duì)溫度不敏感(除閾值電壓受溫度影響產(chǎn)生的次生效應(yīng)外)

MOS管電容特性:由于器件里的耗盡層受到了機(jī)壓影響，電容Cgs和Cgd隨著所加電壓的變化而變化。然而相對(duì)于Cgd，Cgs受電壓的影響非常小，Cgd受電壓影響程度是Cgs的100倍以上。

如圖10所示為一個(gè)從電路角度所看到的本征電容。受柵漏和柵源電容的影響，感應(yīng)到的dv/dt會(huì)導(dǎo)致功率管開啟。

MOS管電容特性:簡(jiǎn)單的說(shuō)，Cgd越小對(duì)由于dv/dt所導(dǎo)致的功率管開啟的影響越少。同樣Cgs和Cgd形成了電容分壓器，當(dāng)Cgs與Cgd比值大到某個(gè)值的時(shí)候可以消除dv/dt所帶來(lái)的影響，閾值電壓乘以這個(gè)比值就是可以消除dv/dt所導(dǎo)致功率管開啟的最佳因素，APT功率MOSFET在這方面領(lǐng)先這個(gè)行業(yè)。

Ciss:輸入電容

將漏源短接，用交流信號(hào)測(cè)得的柵極和源極之間的電容就是輸入電容。Ciss是由柵漏電容Cgd和柵源電容Cgs并聯(lián)而成，或者Ciss=Cgs+Cgd，當(dāng)輸入電容充電致閾值電壓時(shí)器件才能開啟，放電致一定值時(shí)器件才可以關(guān)斷。因此驅(qū)動(dòng)

電路和Ciss對(duì)器件的開啟和關(guān)斷延時(shí)有著直接的影響。

Coss :輸出電容

將柵源短接，用交流信號(hào)測(cè)得的漏極和源極之間的電容就是輸出電容。Coss是由漏源電容Cds和柵漏電容Cgd并聯(lián)而成，或者Coss=Cds+Cgd，對(duì)于軟開關(guān)的應(yīng)用，Coss非常重要，因?yàn)樗赡芤痣娐返闹C振。

Crss:反向傳輸電容

在源極接地的情況下，測(cè)得的漏極和柵極之間的電容為反向傳輸電容。反向傳輸電容等同于柵漏電容。反向傳輸電容也常叫做米勒電容，對(duì)于開關(guān)的上升和下降時(shí)間來(lái)說(shuō)是其中一個(gè)重要的參數(shù),他還影響著關(guān)斷延時(shí)時(shí)間。

圖11是電容的典型值隨漏源電壓的變化曲線

電容隨著漏源電壓的增加而減小，尤其是輸出電容和反向傳輸電容。

Qgs, Qgd,和Qg:柵電荷

柵電荷值反應(yīng)存儲(chǔ)在端子間電容上的電荷，因?yàn)殚_關(guān)的瞬間，電容上的電荷隨電壓的變化而變化，所以設(shè)計(jì)柵驅(qū)動(dòng)電路時(shí)經(jīng)常要考慮柵電荷的影響。

請(qǐng)看圖12，Qgs從0電荷開始到第一個(gè)拐點(diǎn)處，Qgd是從第一個(gè)拐點(diǎn)到第二個(gè)拐點(diǎn)之間部分(也叫做“米勒"電荷)，Qg是從0點(diǎn)到vGS等于一個(gè)特定的驅(qū)動(dòng)電壓的部分。

漏電流和漏源電壓的變化對(duì)柵電荷值影響比較小，而且柵電荷不隨溫度的變化。測(cè)試條件是規(guī)定好的。柵電荷的曲線圖體現(xiàn)在數(shù)據(jù)表中，包括固定漏電流和變化漏源電壓情況下所對(duì)應(yīng)的柵電荷變化曲線。

在圖12中平臺(tái)電壓VGS(pl)隨著電流的增大增加的比較小(隨著電流的降低也會(huì)降低)。平臺(tái)電壓也正比于閾值電壓，所以不同的閾值電壓將會(huì)產(chǎn)生不同的平臺(tái)電壓。

MOS電容—能更好的理解MOS管。這個(gè)器件有兩個(gè)電極，一個(gè)是金屬，另一個(gè)是extrinsicsilicon（外在硅），他們之間由一薄層二氧化硅分隔開。金屬極就是GATE，而半導(dǎo)體端就是backgate或者body。他們之間的絕緣氧化層稱為gate dielectric（柵介質(zhì)）。

這個(gè)MOS電容的電特性能通過(guò)把backgate接地，gate接不同的電壓來(lái)說(shuō)明。MOS電容的GATE電位是0V。金屬GATE和半導(dǎo)體BACKGATE在WORK FUNCTION上的差異在電介質(zhì)上產(chǎn)生了一個(gè)小電場(chǎng)。

在器件中，這個(gè)電場(chǎng)使金屬極帶輕微的正電位，P型硅負(fù)電位。這個(gè)電場(chǎng)把硅中底層的電子吸引到表面來(lái)，它同時(shí)把空穴排斥出表面。這個(gè)電場(chǎng)太弱了，所以載流子濃度的變化非常小，對(duì)器件整體的特性影響也非常小。

當(dāng)MOS電容的GATE相對(duì)于BACKGATE正偏置時(shí)發(fā)生的情況。穿過(guò)GATE DIELECTRIC的電場(chǎng)加強(qiáng)了，有更多的電子從襯底被拉了上來(lái)。同時(shí)，空穴被排斥出表面。隨著GATE電壓的升高，會(huì)出現(xiàn)表面的電子比空穴多的情況。

由于過(guò)剩的電子，硅表層看上去就像N型硅。摻雜極性的反轉(zhuǎn)被稱為inversion，反轉(zhuǎn)的硅層叫做channel。隨著GATE電壓的持續(xù)不斷升高，越來(lái)越多的電子在表面積累，channel變成了強(qiáng)反轉(zhuǎn)。Channel形成時(shí)的電壓被稱為閾值電壓Vt。當(dāng)GATE和BACKGATE之間的電壓差小于閾值電壓時(shí)，不會(huì)形成channel。當(dāng)電壓差超過(guò)閾值電壓時(shí)，channel就出現(xiàn)了。

MOS電容：（A）未偏置（VBG=0V），（B）反轉(zhuǎn)（VBG=3V），（C）積累（VBG=-3V）。正是當(dāng)MOS電容的GATE相對(duì)于backgate是負(fù)電壓時(shí)的情況。電場(chǎng)反轉(zhuǎn)，往表面吸引空穴排斥電子。硅表層看上去更重的摻雜了，這個(gè)器件被認(rèn)為是處于accumulation狀態(tài)了。

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