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mos管寄生電容-mos管寄生電容测试、特性与问题解析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-05-23 

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mos管寄生電容

寄生電容

寄生電容一般是指电感,电阻,芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性。实际上,一个电阻等效于一个电容,一个电感,和一个电阻的串联,在低频情况下表现不是很明显,而在高频情况下,等效值会增大,不能忽略。在计算中我们要考虑进去。ESL就是等效电感,ESR就是等效电阻。不管是电阻,电容,电感,还是二极管,三极管,MOS管,还有IC,在高频的情况下我们都要考虑到它们的等效电容值,电感值。


mos管寄生電容问题

mos管寄生電容是动态参数,直接影响到其开关性能,MOSFET的栅极电荷也是基于电容的特性,下面将从结构上介绍这些寄生電容,然后理解这些参数在功率MOSFET数据表中的定义,以及它们的定义条件。


(一)mos管寄生電容数据表

沟槽型功率MOSFET的寄生電容的结构如图1所示,可以看到,其具有三个内在的寄生電容:G和S的电容CGS;G和D的电容:CGD,也称为反向传输电容、米勒电容,Crss;D和S的电容CDS。


mos管寄生電容


功率MOSFET的寄生電容参数在数据表中的定义,它们和表上面实际的寄生参数并不完全相同,相应的关系是:

輸入電容:Ciss=CGS+CGD

輸出電容:Coss=CDS+CGD

反向傳輸電容:Crss=CGD


(二)mos管寄生電容测试

mos管寄生電容的测试的条件为:VGS=0,VDS=BVDSS/2,f=1MHz,就是使用的测量电压为额定电压的一半,测试的电路所下图所示。


mos管寄生電容


(a) Ciss测试电路


mos管寄生電容


(d) 标准的LCR

图2:寄生電容测试电路


mos管柵極的多晶矽和源極通道區域的電容決定了這些參數,其不具有偏向的敏感度,也非常容易重現。


沟槽型功率MOSFET的寄生電容和以下的因素相关:

1、溝道的寬度和溝槽的寬度

2、 G极氧化层的厚度和一致性

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、設計參數,如多晶矽的寬度,晶胞斜度

2、柵極氧化層厚度和一致性

3、體水平擴散,決定了JFET區域的寬度

4、體-EPI和JFET區域的摻雜輪廓

5、柵極多晶矽摻雜通常不是一個因素,由于其是退化的摻雜;JEFET區域的寬度,JFET輪廓和EPI層摻雜輪廓主導著這個參數


高壓平面功率MOSFET的Coss由以下因素決定:

1、所有影響Crss參數,由于它是Coss一部分

2、體二極管PN結區域和摻雜輪廓


(三)mos管寄生電容的非线性

MOSFET的电容是非线性的,是直流偏置电压的函数,图3示出了寄生電容随VDS电压增加而变化。所有的MOSFET的寄生電容来源于不依赖于偏置的氧化物电容和依赖于偏置的硅耗尽层电容的组合。由于器件里的耗尽层受到了电压影响,电容CGS和CGD随着所加电压的变化而变化。


mos管寄生電容

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。當電壓增加時,和VDS相關電容的減小來源于耗盡層電容減小,耗盡層區域擴大。然而相對于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,當VGS電壓增加大于阈值電壓後,MOSFET輸入電容會隨著VGS增加而增加。


mos管寄生電容

圖4:輸入電容隨VGS變化


因爲MOSFET溝道的電子反形層形成,在溝漕底部形成電子聚集層,這也是爲什麽一旦電壓超過QGD階級,柵極電荷特性曲線的斜率增加的原因。所有的電容參數不受溫度的影響,溫度變化時,它們的值不會發生變化。


mos管器件作電容知識詳解

由于MOS管中存在著明顯的電容結構,因此可以用MOS器件制作成一個電容使用。如果一個NMOS管的源、漏、襯底都接地而柵電壓接正電壓,當VG上升並達到Vth時在多晶矽下的襯底表面將開始出現一反型層。在這種條件下NMOS可看成一個二端器件,並且不同的


柵壓會産生厚度不一樣的反型層,從而有不同的電容值。

(1)耗盡型區:柵壓爲一很負的值,柵上的負電壓就會把襯底中的空穴吸引到氧化層表面,即構成了積累區,此時,由于只有積累區出現,而無反型層,且積累層的厚度很厚,因此積累層的電容可以忽略。故此時的NMOS管可以看成一個單位面積電容爲Cox的電容,其中


間介質則爲柵氧。當VGS上升時,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後使總電容減小,直至VGs趨于0,積累層消失,當VGS略大于o時,在柵氧下産生了耗盡層,總電容最小。


(2)弱反型區:VGS繼續上升,則在柵氧下面就産生耗盡層,並開始出現反型層,該器件進入了弱反型區,在這種模式下,其電容由Cox與Cb串聯而成,並隨VGS的增人,其電容量逐步增大。


(3)強反型區:當VGS超過Vth,其二氧化矽表面則保持爲一溝道,且其單位電容又爲Cox,圖1.29顯示了這些工作狀態。


mos管寄生電容



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