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输出功率大的直流电源电路原理项目工程师剖析MOS管的十五个为什么?

更新时间  2020-4-21 来源: 阅读 572


01输出功率大的直流电源电路原理项目工程师剖析之:为什么E-MOSFET的阈值电压随着着半导体器件衬底参杂浓度值值的提高而扩张?而随着着温度的升高而减少?【答】E-MOSFET的阈值电压就是使半导体器件表面导致反型层(导电率沟道)所务必加的栅极工作频率。对于n沟道E-MOSFET,当栅工作频率促进p型半导体表面可带向下弯曲到表面势ψs≥2ψB时,就可以感觉半导体器件表面强反型,因为此刻反型层中的极个别载流子(电子元器件)浓度值值就等于人体的绝大多数载流子浓度值值(~参杂浓度值值);这里的ψB是半导体器件Fermi势,即半导体器件禁带中央与Fermi能级之差。阈值电压VT包含有三个一部分的工作频率(不充分考虑衬偏工作频率时):栅氧化层上的电流量Vox;半导体器件表面附近的电流量2ΨB:抵消MOS系统中各式各样正电伤害的电流量——平带工作频率VF。在阈值电压的关系式中,与参杂浓度值值和温度有关的因素主要是半导体器件Fermi势ψB。

当p型半导体衬底的参杂浓度值值NA提高时,半导体器件Fermi能级趋向价带顶变化,则半导体器件Fermi势ψB扩张,从而就促进更加难以达到ψs≥2ψB的反型层导致规范,因而阈值电压扩张。当温度T上升,半导体器件Fermi能级将趋向禁带中央变化,则半导体器件Fermi势ψB降低,从而导致更加很容易保证ψs≥2ψB的反型层导致规范,因而阈值电压降低。02输出功率大的直流电源电路原理项目工程师剖析之:为什么E-MOSFET的源-泄漏电流在沟道夹断之后愈来愈更大、并且是饱和的(即与源-漏工作频率无关紧要)?

【答】E-MOSFET的沟道夹断是指栅极工作频率超出阈值电压、出现了沟道之后,源-漏工作频率促进沟道在漏极端主义夹断的一种状况。实际上,沟道在一端夹断并不一定完全没有沟道。当栅工作频率小于阈值电压时,则完全没有沟道,它不是导电率的状况——截止状况。而沟道的夹断区由于是耗光区,提高的源-漏工作频率也主要是降落在夹断区,则夹断区中存在极强的电场,如果有载流子到达夹断区的边缘,就可以被电场拉过、从漏极输出,因此夹断区不但不阻止载流子依据,而相反地却能够 很好地导电率,因而有沟道、并且沟道在一端夹断的状况,是一种很好的导电率状况,则沟道夹断之后的输出源-泄漏电流很大。E-MOSFET的沟道在漏极端主义夹断以后,由于夹断区绝大多数是耗光区,则再进一步提高的源-漏工作频率,即将主要是降落在夹断区,这就促进未被夹断的沟道——剩余沟道的长度绝大多数保持始终不变;而在沟道夹断之后的源-泄漏电流主要是管理决策于剩余沟道的长度,因而此刻的源-泄漏电流也就绝大多数不随源-漏工作频率而变化——输出电总流量饱和。03输出功率大的直流电源电路原理项目工程师剖析之:为什么短沟道E-MOSFET的饱和源-泄漏电流并不完全饱和?

【答】对于短沟道MOSFET,导致输出源-泄漏电流饱和的原因绝大多数有二种:一种是沟道夹断所导致的电总流量饱和;另一种是速度饱和所导致的电总流量饱和。对于沟道夹断的饱和,因为夹断区的长度会随着着其上工作频率的扩张而有一定的扩张,则促进剩余沟道的长度也将随着着源-漏工作频率而减少,从而便会导致源-泄漏电流相对性地随着着源-漏工作频率而有一定的扩张——输出电总流量不完全饱和。可是,这种电总流量不饱的水准与沟道长度有关:对于长沟道MOSFET,这类夹断区长度随源-漏工作频率的变化量,相对于所有沟道长度而言,可以忽略,因而此刻沟道夹断之后的源-泄漏电流相近为“饱和”的;但是对于短沟道MOSFET,这类夹断区长度随源-漏工作频率的变化量,相对于所有沟道长度而言,不能忽略,因而沟道夹断之后的源-泄漏电流将会明显地随着着源-漏工作频率的扩张而提高——不饱和脂肪。对于速度饱和所导致的电总流量饱和情况,一般说来,当电场很强、载流子速度饱和之后,再进一步扩张源-漏工作频率,也不会使电总流量扩张。因此,此刻的饱和电流一切正常状况下是与源-漏工作频率无关紧要的。对于短沟道MOSFET,还有一个导致电总流量不饱和脂肪的重要原因,即简言之DIBL(漏极感应线圈源端势垒降低)效应。因为源区与沟道正中间一直存在一个高低结所造成 的势垒,当源-漏工作频率越高,就将促进该势垒越低,则依据沟道的源-泄漏电流越大,因此输出电总流量不易饱和。总得来说,导致短沟道MOSFET电总流量不饱和脂肪的因素重要有沟道长度配制效应和DIBL效应。04输出功率大的直流电源电路原理项目工程师剖析之:为什么E-MOSFET的饱和源-泄漏电流与饱和工作频率正中间具有平米的关系?

【答】加厚型MOSFET(E-MOSFET)的饱和源-泄漏电流关系式为饱和工作频率(VGS-VT)就是沟道夹断时的源-漏工作频率。在MOSFET的转移特性(IDsat~VGS)趋势图上,E-MOSFET的饱和源-泄漏电流IDsat与饱和工作频率(VGS-VT)的关系即呈现为双曲线。导致出现这种平米关系的原因有二:①沟道总宽越大,饱和源-泄漏电流越大,饱和工作频率也就越高;②电总流量饱和就相符合于沟道夹断,而夹断区就是耗尽层,其总宽与工作频率正中间存在着平方根的关系,这就导致之中的平米结果。正因为MOSFET具有如此平米的电总流量-工作频率关系,因而常称其为平米率电子器件。05输出功率大的直流电源电路原理项目工程师剖析之:为什么一般MOSFET的饱和源-泄漏电流具有负的温度系数?

【答】MOSFET的饱和源-泄漏电流可表述为这里关系中,因为原料基本参数和电子器件结构参数均与温度的沒有很大的关联,则与温度有关的因素重要有二:阈值电压VT和载流子电子密度μn。由于MOSFET的阈值电压VT具有负的温度系数,因而,随着着温度的升高,就促进MOSFET的输出饱和源-泄漏电流伴随着扩张,即导致电总流量具有正的温度系数。而载流子电子密度μn,在室温附近一般将随着着温度的升高而减少(主要是晶格常数振动散射起作用):式中To=300K,m=1.5~2.0。电子密度的这种温度特性即导致MOSFET的增益值指数也具有负的温度系数。从而,随着着温度的升高,电子密度的减少便会导致MOSFET的输出源-泄漏电流降低,即电总流量具有负的温度系数。综合型之中阈值电压和载流子电子密度这二种因素的不一样伤害,则根据MOSFET饱和电流的关系式就可以得知:

①当饱和工作频率(VGS-VT)挺大(即VGS>>VT)时,阈值电压温度关系的伤害可以忽略,则输出源-泄漏电流的温度特性将重要管理决策于载流子电子密度的温度关系,即具有负的温度系数(温度升高,IDS减少);

②当饱和工作频率(VGS-VT)较小(即VGS~VT)时,则输出源-泄漏电流的温度特性将重要管理决策于阈值电压的温度关系,从而具有正的温度系数(温度升高,IDS也扩张)。而对于一般的MOSFET,便于获得挺大的跨导,一般把饱和工作频率(VGS-VT)选得到挺大,因此可以不充分考虑阈值电压的伤害,因而饱和源-泄漏电流一般都具有负的温度系数。也因此,一般的MOSFET都具有一定的预防意识的作用,则可以把很多芯。

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