深圳市可易亚半导体科技有限公司

國家高新企業

cn en

新聞中心

浅析mos管導通電阻原理方法与作用-mos管导通条件 过程详情-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-12-27 

分享到:

mos管導通電阻

mos管導通特性與條件

(一)mos管導通特性

金属-氧化层半导体场效晶体管,简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”的极性不同,可分为“N型”与“P型”的MOSFET,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称尚包括NMOS?FET、PMOSFET、nMOSFET、pMOSFET等。


導通的意思是作爲開關,相當于開關閉合。NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會導通,適合用于源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導通,使用與源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由于導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅動中,通常還是使用NMOS。

mos管導通電阻


(二)MOS管導通條件

場效應管的导通与截止由栅源电压来控制,对于增强型場效應管来说,N沟道的管子加正向电压即导通,P沟道的管子则加反向电压。一般2V~4V就可以了。但是,場效應管分为增强型(常开型)和耗尽型(常闭型),增强型的管子是需要加电压才能导通的,而耗尽型管子本来就处于导通状态,加栅源电压是为了使其截止。


开关只有两种状态通和断,三极管和場效應管工作有三种状态,1、截止,2、线性放大,3、饱和(基极电流继续增加而集电极电流不再增加)。使晶体管只工作在1和3状态的电路称之为开关电路,一般以晶体管截止,集电极不吸收电流表示关;以晶体管饱和,发射极和集电极之间的电压差接近于0V时表示开。开关电路用于数字电路时,输出电位接近0V时表示0,输出电位接近电源电压时表示1。所以数字集成电路内部的晶体管都工作在开关状态。 場效應管按沟道分可分为N沟道和P沟道管(在符号图中可看到中间的箭头方向不一样)。


按材料分可分为结型管和绝缘栅型管,绝缘栅型又分为耗尽型和增强型,一般主板上大多是绝缘栅型管简称MOS管,并且大多采用增强型的N沟道,其次是增强型的P沟道,结型管和耗尽型管几乎不用。场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称場效應管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.場效應管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电,被称之为双极型器件.有些場效應管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好。


mos管導通電阻的作用

mos管導通電阻,一般在使用MOS时都会遇到栅极的电阻选择和使用问题,但有时对这个电阻很迷茫,现介绍一下它的作用:

1.是分壓作用


2.下拉電阻是盡快泄放柵極電荷將MOS管盡快截止


3.防止柵極出現浪湧過壓(柵極上並聯的穩壓管也是防止過壓産生)

4.全橋柵極電阻也是同樣機理,盡快泄放柵極電荷,將MOS管盡快截止。避免柵極懸空,懸空的柵極MOS管將會導通,導致全橋短路


5.驅動管和柵極之間的電阻起到隔離、防止寄生振蕩的作用


降低高壓MOS管導通電阻的原理與方法

1.不同耐壓的MOS管的導通電阻分布。不同耐壓的MOS管,其導通電阻中各部分電阻比例分布也不同。如耐壓30V的MOS管,其外延層電阻僅爲總導通電阻的29%,耐壓600V的MOS管的外延層電阻則是總導通電阻的96.5%


由此可以推斷耐壓800V的MOS管的導通電阻將幾乎被外延層電阻占據。欲獲得高阻斷電壓,就必須采用高電阻率的外延層,並增厚。這就是常規高壓MOS管結構所導致的高導通電阻的根本原因。


2.降低高壓MOS管導通電阻的思路。增加管芯面積雖能降低導通電阻,但成本的提高所付出的代價是商業品所不允許的。引入少數載流以上兩種辦法不能降低高壓MOS管的導通電阻,所剩的思路就是如何將阻斷高電壓的低摻雜、高電阻率區域和導電通道的高摻雜、低電阻率分開解決。如除導通時低摻雜的高耐壓外延層對導通電阻只能起增大作用外並無其他用途。


這樣,是否可以將導電通道以高摻雜較低電阻率實現,而在MOS管關斷時,設法使這個通道以某種方式夾斷,使整個器件耐壓僅取決于低摻雜的N-外延層。基于這種思想,1988年INFINEON推出內建橫向電場耐壓爲600V的COOLMOS管,使這一想法得以實現。內建橫向電場的高壓MOS管的剖面結構及高阻斷電壓低導通電阻的示意圖如圖所示。

mos管導通電阻


與常規MOS管結構不同,內建橫向電場的MOS管嵌入垂直P區將垂直導電區域的N區夾在中間,使MOS管關斷時,垂直的P與N之間建立橫向電場,並且垂直導電區域的N摻雜濃度高于其外延區N-的摻雜濃度。


當VGS<VTH時,由于被電場反型而産生的N型導電溝道不能形成,並且D,S間加正電壓,使MOS管內部PN結反偏形成耗盡層,並將垂直導電的N區耗盡。這個耗盡層具有縱向高阻斷電壓,如圖(b)所示,這時器件的耐壓取決于P與N-的耐壓。因此N-的低摻雜、高電阻率是必需的。

mos管導通電阻

MOS管導通過程

导通时序可分为to~t1、t1~t2、 t2~t3 、t3~t4四个时间段,这四个时间段有不同的等效电路。


1.   t0-t1:C GS1 开始充电,栅极电压还没有到达V GS(th),导电沟道没有形成,MOSFET仍处于关闭状态。


2.   [t1-t2]区间, GS间电压到达Vgs(th),DS间导电沟道开始形成,MOSFET开启,DS电流增加到ID, Cgs2 迅速充电,Vgs由Vgs(th)指数增长到Va。


3.[t2-t3]区间,MOSFET的DS电压降至与Vgs相同,产生Millier效应,Cgd电容大大增加,栅极电流持续流过,由于C gd 电容急剧增大,抑制了栅极电压对Cgs 的充电,从而使得Vgs 近乎水平状态,Cgd 电容上电压增加,而DS电容上的电压继续减小。


4.  [t3-t4]区间,至t3时刻,MOSFET的DS电压降至饱和导通时的电压,Millier效应影响变小,Cgd 电容变小并和Cgs 电容一起由外部驱动电压充电, Cgs 电容的电压上升,至t4时刻为止.此时C gs 电容电压已达稳态,DS间电压也达最小,MOSFET完全开启。

mos管導通電阻



聯系方式:鄒先生

聯系電話:0755-83888366-8022

手機:18123972950

QQ:2880195519

聯系地址:深圳市福田區車公廟天安數碼城天吉大廈CD座5C1


請搜微信公衆號:“KIA半導體”或掃一掃下圖“關注”官方微信公衆號

请“关注”官方微信公众号:提供 MOS管 技术帮助