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  • 簡(jiǎn)析mos管導(dǎo)通電阻原理方法和作用-mos管導(dǎo)通條件
    • 發(fā)布時(shí)間:2019-08-26 15:47:13
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    mos管導(dǎo)通電阻
    mos管導(dǎo)通特性與條件
    (一)mos管導(dǎo)通特性
    金屬-氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管,簡(jiǎn)稱(chēng)金氧半場(chǎng)效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor MOSFET)是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”的極性不同,可分為“N型”與“P型”的MOSFET,通常又稱(chēng)為NMOSFET與PMOSFET,其他簡(jiǎn)稱(chēng)尚包括NMOS?FET、PMOSFET、nMOSFET、pMOSFET等。
    導(dǎo)通的意思是作為開(kāi)關(guān),相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng)),只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,使用與源極接VCC時(shí)的情況(高端驅(qū)動(dòng))。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng),但由于導(dǎo)通電阻大,價(jià)格貴,替換種類(lèi)少等原因,在高端驅(qū)動(dòng)中,通常還是使用NMOS。
    mos管導(dǎo)通電阻
    (二)MOS管導(dǎo)通條件
    場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通與截止由柵源電壓來(lái)控制,對(duì)于增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)說(shuō),N溝道的管子加正向電壓即導(dǎo)通,P溝道的管子則加反向電壓。一般2V~4V就可以了。但是,場(chǎng)效應(yīng)管分為增強(qiáng)型(常開(kāi)型)和耗盡型(常閉型),增強(qiáng)型的管子是需要加電壓才能導(dǎo)通的,而耗盡型管子本來(lái)就處于導(dǎo)通狀態(tài),加?xùn)旁措妷菏菫榱耸蛊浣刂埂?/div>
    開(kāi)關(guān)只有兩種狀態(tài)通和斷,三極管和場(chǎng)效應(yīng)管工作有三種狀態(tài),1、截止,2、線性放大,3、飽和(基極電流繼續(xù)增加而集電極電流不再增加)。使晶體管只工作在1和3狀態(tài)的電路稱(chēng)之為開(kāi)關(guān)電路,一般以晶體管截止,集電極不吸收電流表示關(guān);以晶體管飽和,發(fā)射極和集電極之間的電壓差接近于0V時(shí)表示開(kāi)。開(kāi)關(guān)電路用于數(shù)字電路時(shí),輸出電位接近0V時(shí)表示0,輸出電位接近電源電壓時(shí)表示1。所以數(shù)字集成電路內(nèi)部的晶體管都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 場(chǎng)效應(yīng)管按溝道分可分為N溝道和P溝道管(在符號(hào)圖中可看到中間的箭頭方向不一樣)。
    按材料分可分為結(jié)型管和絕緣柵型管,絕緣柵型又分為耗盡型和增強(qiáng)型,一般主板上大多是絕緣柵型管簡(jiǎn)稱(chēng)MOS管,并且大多采用增強(qiáng)型的N溝道,其次是增強(qiáng)型的P溝道,結(jié)型管和耗盡型管幾乎不用。場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor縮寫(xiě)(FET))簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管.由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱(chēng)為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件.場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱(chēng)之為單極型器件,而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電,被稱(chēng)之為雙極型器件.有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負(fù),靈活性比晶體管好。
    mos管導(dǎo)通電阻的作用
    mos管導(dǎo)通電阻,一般在使用MOS時(shí)都會(huì)遇到柵極的電阻選擇和使用問(wèn)題,但有時(shí)對(duì)這個(gè)電阻很迷茫,現(xiàn)介紹一下它的作用:
    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(xiàn)浪涌過(guò)壓(柵極上并聯(lián)的穩(wěn)壓管也是防止過(guò)壓產(chǎn)生)
    4.全橋柵極電阻也是同樣機(jī)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(huì)導(dǎo)通,導(dǎo)致全橋短路
    5.驅(qū)動(dòng)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(dǎo)通電阻的原理與方法
    1.不同耐壓的MOS管的導(dǎo)通電阻分布。不同耐壓的MOS管,其導(dǎo)通電阻中各部分電阻比例分布也不同。如耐壓30V的MOS管,其外延層電阻僅為總導(dǎo)通電阻的29%,耐壓600V的MOS管的外延層電阻則是總導(dǎo)通電阻的96.5%。
    由此可以推斷耐壓800V的MOS管的導(dǎo)通電阻將幾乎被外延層電阻占據(jù)。欲獲得高阻斷電壓,就必須采用高電阻率的外延層,并增厚。這就是常規(guī)高壓MOS管結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的高導(dǎo)通電阻的根本原因。
    2.降低高壓MOS管導(dǎo)通電阻的思路。增加管芯面積雖能降低導(dǎo)通電阻,但成本的提高所付出的代價(jià)是商業(yè)品所不允許的。引入少數(shù)載流以上兩種辦法不能降低高壓MOS管的導(dǎo)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(qū)域和導(dǎo)電通道的高摻雜、低電阻率分開(kāi)解決。如除導(dǎo)通時(shí)低摻雜的高耐壓外延層對(duì)導(dǎo)通電阻只能起增大作用外并無(wú)其他用途。
    這樣,是否可以將導(dǎo)電通道以高摻雜較低電阻率實(shí)現(xiàn),而在MOS管關(guān)斷時(shí),設(shè)法使這個(gè)通道以某種方式夾斷,使整個(gè)器件耐壓僅取決于低摻雜的N-外延層?;谶@種思想,1988年INFINEON推出內(nèi)建橫向電場(chǎng)耐壓為600V的COOLMOS管,使這一想法得以實(shí)現(xiàn)。內(nèi)建橫向電場(chǎng)的高壓MOS管的剖面結(jié)構(gòu)及高阻斷電壓低導(dǎo)通電阻的示意圖如圖所示。
    mos管導(dǎo)通電阻
    與常規(guī)MOS管結(jié)構(gòu)不同,內(nèi)建橫向電場(chǎng)的MOS管嵌入垂直P(pán)區(qū)將垂直導(dǎo)電區(qū)域的N區(qū)夾在中間,使MOS管關(guān)斷時(shí),垂直的P與N之間建立橫向電場(chǎng),并且垂直導(dǎo)電區(qū)域的N摻雜濃度高于其外延區(qū)N-的摻雜濃度。
    當(dāng)VGS<VTH時(shí),由于被電場(chǎng)反型而產(chǎn)生的N型導(dǎo)電溝道不能形成,并且D,S間加正電壓,使MOS管內(nèi)部PN結(jié)反偏形成耗盡層,并將垂直導(dǎo)電的N區(qū)耗盡。這個(gè)耗盡層具有縱向高阻斷電壓,如圖(b)所示,這時(shí)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(dǎo)通電阻
    MOS管導(dǎo)通過(guò)程
    導(dǎo)通時(shí)序可分為to~t1、t1~t2、 t2~t3 、t3~t4四個(gè)時(shí)間段,這四個(gè)時(shí)間段有不同的等效電路。
    1.t0-t1:C GS1 開(kāi)始充電,柵極電壓還沒(méi)有到達(dá)V GS(th),導(dǎo)電溝道沒(méi)有形成,MOSFET仍處于關(guān)閉狀態(tài)。
    2.[t1-t2]區(qū)間, GS間電壓到達(dá)Vgs(th),DS間導(dǎo)電溝道開(kāi)始形成,MOSFET開(kāi)啟,DS電流增加到ID, Cgs2 迅速充電,Vgs由Vgs(th)指數(shù)增長(zhǎng)到Va。
    3.[t2-t3]區(qū)間,MOSFET的DS電壓降至與Vgs相同,產(chǎn)生Millier效應(yīng),Cgd電容大大增加,柵極電流持續(xù)流過(guò),由于C gd 電容急劇增大,抑制了柵極電壓對(duì)Cgs 的充電,從而使得Vgs 近乎水平狀態(tài),Cgd 電容上電壓增加,而DS電容上的電壓繼續(xù)減小。
    4.  [t3-t4]區(qū)間,至t3時(shí)刻,MOSFET的DS電壓降至飽和導(dǎo)通時(shí)的電壓,Millier效應(yīng)影響變小,Cgd 電容變小并和Cgs 電容一起由外部驅(qū)動(dòng)電壓充電, Cgs 電容的電壓上升,至t4時(shí)刻為止.此時(shí)C gs 電容電壓已達(dá)穩(wěn)態(tài),DS間電壓也達(dá)最小,MOSFET完全開(kāi)啟。
    mos管導(dǎo)通電阻
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