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mos管寄生电容-mos管寄生电容测试、特性与问题解析-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2019-05-23 

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mos管寄生电容

寄生电容

寄生电容一般是指电感,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管寄生电容问题

mos管寄生电容是动态参数,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电容,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管寄生电容数据表

沟槽型功率MOSFET的寄生电容的结构如图1所示,可以看到,其具有三个内在的寄生电容: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管寄生电容


功率MOSFET的寄生电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:

输入电容:Ciss=CGS+CGD

输出电容:Coss=CDS+CGD

反向传输电容:Crss=CGD


(二)mos管寄生电容测试

mos管寄生电容的测试的条件为: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管寄生电容


(a) Ciss测试电路


mos管寄生电容


(d) 标准的LCR

图2:寄生电容测试电路


mos管栅极的多晶硅和源极通道区域的电容决定了这些参数,其不具有偏向的敏感度,也非常容易重现。


沟槽型功率MOSFET的寄生电容和以下的因素相关:

1、沟道的宽度和沟槽的宽度

2、 G极氧化层的厚度和一致性

3、沟槽的深度和形状

4、S极体-EPI层的掺杂轮廓

5、体二极管PN结的面积和掺杂轮廓


高压平面功率MOSFET的Crss由以下因素决定:

1、设计参数,如多晶硅的宽度,晶胞斜度

2、栅极氧化层厚度和一致性

3、体水平扩散,决定了JFET区域的宽度

4、体-EPI和JFET区域的掺杂轮廓

5、栅极多晶硅掺杂通常不是一个因素,由于其是退化的掺杂;JEFET区域的宽度,JFET轮廓和EPI层掺杂轮廓主导着这个参数


高压平面功率MOSFET的Coss由以下因素决定:

1、所有影响Crss参数,由于它是Coss一部分

2、体二极管PN结区域和掺杂轮廓


(三)mos管寄生电容的非线性

MOSFET的电容是非线性的,是直流偏置电压的函数,图3示出了寄生电容随VDS电压增加而变化。所有的MOSFET的寄生电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管寄生电容

图3:AON6512电容随电压变化


电容随着VDS电压的增加而减小,尤其是输出电容和反向传输电容。当电压增加时,和VDS相关电容的减小来源于耗尽层电容减小,耗尽层区域扩大。然而相对于CGD,CGS受电压的影响非常小,CGD受电压影响程度是CGS的100倍以上。

图4显示出了在VDS电压值较低时,当VGS电压增加大于阈值电压后,MOSFET输入电容会随着VGS增加而增加。


mos管寄生电容

图4:输入电容随VGS变化


因为MOSFET沟道的电子反形层形成,在沟漕底部形成电子聚集层,这也是为什么一旦电压超过QGD阶级,栅极电荷特性曲线的斜率增加的原因。所有的电容参数不受温度的影响,温度变化时,它们的值不会发生变化。


mos管器件作电容知识详解

由于MOS管中存在着明显的电容结构,因此可以用MOS器件制作成一个电容使用。如果一个NMOS管的源、漏、衬底都接地而栅电压接正电压,当VG上升并达到Vth时在多晶硅下的衬底表面将开始出现一反型层。在这种条件下NMOS可看成一个二端器件,并且不同的


栅压会产生厚度不一样的反型层,从而有不同的电容值。

(1)耗尽型区:栅压为一很负的值,栅上的负电压就会把衬底中的空穴吸引到氧化层表面,即构成了积累区,此时,由于只有积累区出现,而无反型层,且积累层的厚度很厚,因此积累层的电容可以忽略。故此时的NMOS管可以看成一个单位面积电容为Cox的电容,其中


间介质则为栅氧。当VGS上升时,衬底表面的空穴浓度下降,积累层厚度减小,则积累层电容;增大,该电容与栅氧电容相串联后使总电容减小,直至VGs趋于0,积累层消失,当VGS略大于o时,在栅氧下产生了耗尽层,总电容最小。


(2)弱反型区:VGS继续上升,则在栅氧下面就产生耗尽层,并开始出现反型层,该器件进入了弱反型区,在这种模式下,其电容由Cox与Cb串联而成,并随VGS的增人,其电容量逐步增大。


(3)强反型区:当VGS超过Vth,其二氧化硅表面则保持为一沟道,且其单位电容又为Cox,图1.29显示了这些工作状态。


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