mos管寄生電容-mos管寄生電容測(cè)試、特性與問(wèn)題解析-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-05-23
寄生電容一般是指電感，電阻，芯片引腳等在高頻情況下表現(xiàn)出來(lái)的電容特性。實(shí)際上，一個(gè)電阻等效于一個(gè)電容，一個(gè)電感，和一個(gè)電阻的串聯(lián)，在低頻情況下表現(xiàn)不是很明顯，而在高頻情況下，等效值會(huì)增大，不能忽略。在計(jì)算中我們要考慮進(jìn)去。ESL就是等效電感，ESR就是等效電阻。不管是電阻，電容，電感，還是二極管，三極管，MOS管，還有IC，在高頻的情況下我們都要考慮到它們的等效電容值，電感值。
mos管寄生電容是動(dòng)態(tài)參數(shù)，直接影響到其開(kāi)關(guān)性能，MOSFET的柵極電荷也是基于電容的特性，下面將從結(jié)構(gòu)上介紹這些寄生電容，然后理解這些參數(shù)在功率MOSFET數(shù)據(jù)表中的定義，以及它們的定義條件。
溝槽型功率MOSFET的寄生電容的結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以看到，其具有三個(gè)內(nèi)在的寄生電容：G和S的電容CGS；G和D的電容：CGD，也稱(chēng)為反向傳輸電容、米勒電容，Crss；D和S的電容CDS。
功率MOSFET的寄生電容參數(shù)在數(shù)據(jù)表中的定義，它們和表上面實(shí)際的寄生參數(shù)并不完全相同，相應(yīng)的關(guān)系是：
輸入電容：Ciss=CGS+CGD
輸出電容：Coss=CDS+CGD
反向傳輸電容：Crss=CGD
mos管寄生電容的測(cè)試的條件為：VGS=0，VDS=BVDSS/2，f=1MHz，就是使用的測(cè)量電壓為額定電壓的一半，測(cè)試的電路所下圖所示。
(a) Ciss測(cè)試電路
(d) 標(biāo)準(zhǔn)的LCR
圖2：寄生電容測(cè)試電路
mos管柵極的多晶硅和源極通道區(qū)域的電容決定了這些參數(shù)，其不具有偏向的敏感度，也非常容易重現(xiàn)。
溝槽型功率MOSFET的寄生電容和以下的因素相關(guān)：
1、溝道的寬度和溝槽的寬度
2、 G極氧化層的厚度和一致性
3、溝槽的深度和形狀
4、S極體-EPI層的摻雜輪廓
5、體二極管PN結(jié)的面積和摻雜輪廓
高壓平面功率MOSFET的Crss由以下因素決定：
1、設(shè)計(jì)參數(shù)，如多晶硅的寬度，晶胞斜度
2、柵極氧化層厚度和一致性
3、體水平擴(kuò)散，決定了JFET區(qū)域的寬度
4、體-EPI和JFET區(qū)域的摻雜輪廓
5、柵極多晶硅摻雜通常不是一個(gè)因素，由于其是退化的摻雜；JEFET區(qū)域的寬度，JFET輪廓和EPI層摻雜輪廓主導(dǎo)著這個(gè)參數(shù)
高壓平面功率MOSFET的Coss由以下因素決定：
1、所有影響Crss參數(shù)，由于它是Coss一部分
2、體二極管PN結(jié)區(qū)域和摻雜輪廓
MOSFET的電容是非線性的，是直流偏置電壓的函數(shù)，圖3示出了寄生電容隨VDS電壓增加而變化。所有的MOSFET的寄生電容來(lái)源于不依賴于偏置的氧化物電容和依賴于偏置的硅耗盡層電容的組合。由于器件里的耗盡層受到了電壓影響，電容CGS和CGD隨著所加電壓的變化而變化。
圖3：AON6512電容隨電壓變化
電容隨著VDS電壓的增加而減小，尤其是輸出電容和反向傳輸電容。當(dāng)電壓增加時(shí)，和VDS相關(guān)電容的減小來(lái)源于耗盡層電容減小，耗盡層區(qū)域擴(kuò)大。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。
圖4顯示出了在VDS電壓值較低時(shí)，當(dāng)VGS電壓增加大于閾值電壓后，MOSFET輸入電容會(huì)隨著VGS增加而增加。
圖4：輸入電容隨VGS變化
因?yàn)镸OSFET溝道的電子反形層形成，在溝漕底部形成電子聚集層，這也是為什么一旦電壓超過(guò)QGD階級(jí)，柵極電荷特性曲線的斜率增加的原因。所有的電容參數(shù)不受溫度的影響，溫度變化時(shí)，它們的值不會(huì)發(fā)生變化。
由于MOS管中存在著明顯的電容結(jié)構(gòu)，因此可以用MOS器件制作成一個(gè)電容使用。如果一個(gè)NMOS管的源、漏、襯底都接地而柵電壓接正電壓，當(dāng)VG上升并達(dá)到Vth時(shí)在多晶硅下的襯底表面將開(kāi)始出現(xiàn)一反型層。在這種條件下NMOS可看成一個(gè)二端器件，并且不同的
柵壓會(huì)產(chǎn)生厚度不一樣的反型層，從而有不同的電容值。
(1)耗盡型區(qū)：柵壓為一很負(fù)的值，柵上的負(fù)電壓就會(huì)把襯底中的空穴吸引到氧化層表面，即構(gòu)成了積累區(qū)，此時(shí)，由于只有積累區(qū)出現(xiàn)，而無(wú)反型層，且積累層的厚度很厚，因此積累層的電容可以忽略。故此時(shí)的NMOS管可以看成一個(gè)單位面積電容為Cox的電容，其中
間介質(zhì)則為柵氧。當(dāng)VGS上升時(shí)，襯底表面的空穴濃度下降，積累層厚度減小，則積累層電容；增大，該電容與柵氧電容相串聯(lián)后使總電容減小，直至VGs趨于0，積累層消失，當(dāng)VGS略大于o時(shí)，在柵氧下產(chǎn)生了耗盡層，總電容最小。
(2)弱反型區(qū)：VGS繼續(xù)上升，則在柵氧下面就產(chǎn)生耗盡層，并開(kāi)始出現(xiàn)反型層，該器件進(jìn)入了弱反型區(qū)，在這種模式下，其電容由Cox與Cb串聯(lián)而成，并隨VGS的增人，其電容量逐步增大。
(3)強(qiáng)反型區(qū)：當(dāng)VGS超過(guò)Vth，其二氧化硅表面則保持為一溝道，且其單位電容又為Cox，圖1.29顯示了這些工作狀態(tài)。
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