淺析mos管導(dǎo)通電阻原理方法與作用-mos管導(dǎo)通條件 過(guò)程詳情-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-12-27
（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，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET，其他簡(jiǎn)稱尚包括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，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS。
（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?/span>
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(FET)）簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管.由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管.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，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
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。基于這種思想，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。
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。
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。
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