1特性mosfet.ppt

1、2020/8/8,1,2.4.2 静态特性,当器件为共源接法，Ig和Ugs表示输入端电流和电压，ID和Uds则代表出端电流和电压。 当输入为直流或缓变信号时，描述ID和Uds间关系的曲线(Ugs为参变量)称为器件静态特性。 而ID0和Uds0部分则称为正向静态特性，即左图第一象限中的曲线。,正向静态特性,2020/8/8,2,1.正向静态输出特性(截止区3),截止区3 虽然Uds0，但由于UgsUT，器件仍处于截止状态，UT是栅阀电压，其典型值为2V左右，UT随结温而变，其温度系数约为6.7mV。,截止区3,2020/8/8,3,1.正向静态输出特性(截止区3),在一定的栅压下，栅底P区表层的

2、电子浓度才能超过空穴浓度(尽管栅极与P型区之间隔有SiO2，但正栅压能将P区空穴推开并将少子电子吸引至栅底P区表面，正栅压越高，电子浓度便越高)，从而使P区反型并产生导电沟道，DS极间开始通流。,截止区3,2020/8/8,4,1.正向静态输出特性(正向电阻区1),正向电阻区 1。 UgsUT，器件处于充分导通状态，Ugs和Uds的增加都可使ID增大，器件如线性电阻特性。由于ID0，故称正向电阻区，在本区域中，Uds的增加提高沟道电场强度，通过沟道的载流子散射速度加快，导致ID增大。本区的导通电阻可表示为:,2020/8/8,5,正向电阻区1,式中，Udsc称临界饱和漏压。器件手册给出的导通电

3、阻值即指这一区域。,2020/8/8,6,饱和区4,饱和区4: 当漏极电压达到Udsc时，沟道中载流子的散射速度达其极限值Vnk，载流子开始摆脱沟道电场的影响，器件进入饱和区，式(1-13)是电阻区与饱和区的分界线，如图1-7中点划线所示。在饱和区中，Uds对ID无影响，当Ugs为定值时，ID近似于恒定，即器件具有恒流特性，只有改变Ugs值才能使ID产生变化。,饱和区,分界线,2020/8/8,7,电压击穿区（雪崩击穿区5）,电压击穿区 由左图可见，若Uds太大，PN结反偏电压过高并发生雪崩击穿，ID骤增可使器件失效。为保证器件安全使用，有的厂家在手册中给出可重复的雪崩能量额定值EAS(该值在

4、出厂前经逐一测试)。表1-4(林P21是两个产品的有关数据，表中BUds为雪崩击穿电压。,2020/8/8,8,2.饱和区的电流转移特性,在器件的饱和区(UdsUdsc)中维持Uds为恒值，电流ID将随输入电压Ugs而变，其关系曲线称为电流转移特性。 如左图所示。由图可见：,2020/8/8,9,饱和区的电流转移特性,1) 曲线表征输入电压Ugs对输出电流ID的控制能力。同一Ugs时，ID值越大，说明Ugs对ID的控制能力越强。,饱和区的电流转移特性,2020/8/8,10,直流跨导,上式表明， 值越大，说明 对 的控制能力越强。,2020/8/8,11,饱和区的电流转移特性,2) 结温对转移

5、特性的影响。在低电流区，器件具有正电流温度系数；相反在大电流区则有负电流温度系数。由于在电力电子电路中，功率MOSFET工作于大电流的开关状态，电流的负温度效应使器件具有较好的热稳定性，芯片热分布比较均匀，不易形成热点，这将有利于器件的运行及并联。,2020/8/8,12,3无栅压反向输出特性,当UdS0，Ugs=0时，器件按左图中虚线6工作，反向电流额定值与正向电流相同，这是POWER MOSFET器件的逆导性。,2020/8/8,13,无栅压反向输出特性,器件的这种逆导性能本来很适合于变流电路的需要,如左图的桥式直流变换电路（局部）。图中VT1、VT2是全控型器件，它们均反并联二极管VD1

6、和VD2，若VTl和VT2采用MOSFET则可省去VD1和VD2。,2020/8/8,14,无栅压反向输出特性,但由于功率MOSFET的体二极管反向恢复特性并不理想，当VD1向VT2换流时，VD1的反向电流很大且流过VT2，造成VT2开通电流尖峰。因此，必须选择具有快恢复性能的功率MOSFET，成者外接快速功率二极管。,2020/8/8,15,无栅压反向输出特性,其中VDk1可为肖特基势垒二极管（SBD）， VDk2为外延型快速二极管,2020/8/8,16,4. 正栅压反向输出特性,目前，高集成度的芯片供电电源电压不已降到1V左右，对于这类电源，即便采用SBD（势垒二极管）作为整流器件也是不

7、合理的(SBD的导通压降在0.60.8V之间)，因而必须采用其它方案。,2020/8/8,17,正栅压反向输出特性,对功率MOSFET，若在Uds0时对栅极施加高于UT的正栅压，栅底P型区反型并形成导电沟道。由于Uds0，漏极电流ID反向并与Uds保持线性关系如左图区域2所示,ID值可由正栅压Ugs控制。,正栅压反向输出特性,2020/8/8,18,正栅压反向输出特性,由图可见，除电流方向相反外，该特性与区域1很相似，为区别计称1为正向电阻区，2为反向电阻区，对于低压器件，区域2中导通电阻Ron仅为510m。,正栅压反向输出特性,2020/8/8,19,正栅压反向输出特性,设反向电流为10A，

8、则导通压降Udso=(50100)mV。导通损耗为0.51.0W。可以看出，在上述场合将功率MOSFET作为超快速整流管应用是有效的，文献常称这种应用为同步整流。有关这方面的知识将在后续内容介绍。,2020/8/8,20,2.3.3 导通电阻,从上述静态输出特性可以看到，器件的栅阀电压UT、击穿电压BUds、直流跨导Gm和导通电阻Ron是器件的重要静态参数，而低导通电阻的器件对其自身乃至所在电路都是非常有益的。功率MOSFET的Ron比结型功率二极管和功率晶体管(GTR)都要大。这是功率MOSFET的弱点。因此设法降低Ron是器件设计者追求的目标，也是器件使用者关注的问题。,2020/8/8,

9、21,1. 导通电阻Ron的组成,Ron的组成取决于器件的结构。左图是VDMOS结构的电阻组成，由图可见，自漏极到源极的导电通路上存在由1到6的多个电阻分量。其中N+源区电阻Rs0和衬底电阻RN都很小，可忽略不计，因此Ron由其他四个分量组成。,1沟道电阻Rch；2栅积聚区电阻RA；3栅底结型JFET的夹断区电阻Rj；4N-漂移区电阻RD； 5N+源区电阻Rs0 ；6N+衬底电阻RN,2020/8/8,22,2导通电阻的测试条件,式中， 是额定漏极电流，BUgs是最高栅压，其数值受SiO2层介质电击穿的限制，老产品为20V，新产品,由于采用较厚的氧化层新结构，BUgs可提高到30V。,产品手册

10、给出的Ron指正向电阻区内通态电阻，据此其测试条件为,2020/8/8,23,3电路运行条件对Ron的影响,(1) 栅压 由图可见，Ron随Ugs的增大而减小，因为Ugs提高时导电沟道变宽，沟道面积增加，因而Ron减小；另外， 耐压越低，Ron随Ugs的变化越明显，相当Uds：1kV的高耐压器件尽管Ugs在大范围内变化，其KRv值近似不变，这是因为高压器件中RD是主要电阻分量，而Ugs的变化对RD并不产生影响。,正栅压对不同耐压器件Ron的影响,Ugs,2020/8/8,24,(2) 结温对Ron的影响,(2)结温 左图所示为结温Tj对Ron的影响，图中Ron25是25时的Ron值。由图可见，

11、功率MOSFET具有正电阻温度系数，这与GTR具有负电电阻温度系数相反。,2020/8/8,25,(3) 击穿电压对Ron的影响,左图为击穿电压BUds对Ron的影响，参变量A是芯片面积。可见: 1.Ron随BUas的升高而增大，由前述这是由于漂移区厚度增大的结果； 2.在相同BUds下，A值越大，则Ron越低，但器件成本也相应增加。 由此可见，A、BUds和Ron之间存在制约关系。,2020/8/8,26,(4) 漏极电流Ron的影响,左图是漏极电流ID对Ron的影响，参变量为结温Tj。由图可见: 1.在低电流区,ID对Ron的影响不大，这相当于正向输出特性的线性电阻区； 2.当Ugs为恒值而ID继续增大时，器件进入非线性电阻区, Ron比线性区中增加； 3.另外还可看到，由于器件具有电阻正温度系数，所以对于同一ID，Ron随丁