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      輸出功率大的直流電源電路原理項目工程師剖析MOS管的十五個為什么?

      更新時間  2020-4-21 來源: 閱讀 195


      01輸出功率大的直流電源電路原理項目工程師剖析之:為什么E-MOSFET的閾值電壓隨著著半導體器件襯底參雜濃度值值的提高而擴張?而隨著著溫度的升高而減少?【答】E-MOSFET的閾值電壓就是使半導體器件表面導致反型層(導電率溝道)所務必加的柵極工作頻率。對于n溝道E-MOSFET,當柵工作頻率促進p型半導體表面可帶向下彎曲到表面勢ψs≥2ψB時,就可以感覺半導體器件表面強反型,因為此刻反型層中的極個別載流子(電子元器件)濃度值值就等于人體的絕大多數載流子濃度值值(~參雜濃度值值);這里的ψB是半導體器件Fermi勢,即半導體器件禁帶中央與Fermi能級之差。閾值電壓VT包含有三個一部分的工作頻率(不充分考慮襯偏工作頻率時):柵氧化層上的電流量Vox;半導體器件表面附近的電流量2ΨB:抵消MOS系統中各式各樣正電傷害的電流量——平帶工作頻率VF。在閾值電壓的關系式中,與參雜濃度值值和溫度有關的因素主要是半導體器件Fermi勢ψB。

      當p型半導體襯底的參雜濃度值值NA提高時,半導體器件Fermi能級趨向價帶頂變化,則半導體器件Fermi勢ψB擴張,從而就促進更加難以達到ψs≥2ψB的反型層導致規范,因而閾值電壓擴張。當溫度T上升,半導體器件Fermi能級將趨向禁帶中央變化,則半導體器件Fermi勢ψB降低,從而導致更加很容易保證ψs≥2ψB的反型層導致規范,因而閾值電壓降低。02輸出功率大的直流電源電路原理項目工程師剖析之:為什么E-MOSFET的源-泄漏電流在溝道夾斷之后愈來愈更大、并且是飽和的(即與源-漏工作頻率無關緊要)?

      【答】E-MOSFET的溝道夾斷是指柵極工作頻率超出閾值電壓、出現了溝道之后,源-漏工作頻率促進溝道在漏極端主義夾斷的一種狀況。實際上,溝道在一端夾斷并不一定完全沒有溝道。當柵工作頻率小于閾值電壓時,則完全沒有溝道,它不是導電率的狀況——截止狀況。而溝道的夾斷區由于是耗光區,提高的源-漏工作頻率也主要是降落在夾斷區,則夾斷區中存在極強的電場,如果有載流子到達夾斷區的邊緣,就可以被電場拉過、從漏極輸出,因此夾斷區不但不阻止載流子依據,而相反地卻能夠 很好地導電率,因而有溝道、并且溝道在一端夾斷的狀況,是一種很好的導電率狀況,則溝道夾斷之后的輸出源-泄漏電流很大。E-MOSFET的溝道在漏極端主義夾斷以后,由于夾斷區絕大多數是耗光區,則再進一步提高的源-漏工作頻率,即將主要是降落在夾斷區,這就促進未被夾斷的溝道——剩余溝道的長度絕大多數保持始終不變;而在溝道夾斷之后的源-泄漏電流主要是管理決策于剩余溝道的長度,因而此刻的源-泄漏電流也就絕大多數不隨源-漏工作頻率而變化——輸出電總流量飽和。03輸出功率大的直流電源電路原理項目工程師剖析之:為什么短溝道E-MOSFET的飽和源-泄漏電流并不完全飽和?

      【答】對于短溝道MOSFET,導致輸出源-泄漏電流飽和的原因絕大多數有二種:一種是溝道夾斷所導致的電總流量飽和;另一種是速度飽和所導致的電總流量飽和。對于溝道夾斷的飽和,因為夾斷區的長度會隨著著其上工作頻率的擴張而有一定的擴張,則促進剩余溝道的長度也將隨著著源-漏工作頻率而減少,從而便會導致源-泄漏電流相對性地隨著著源-漏工作頻率而有一定的擴張——輸出電總流量不完全飽和??墒?,這種電總流量不飽的水準與溝道長度有關:對于長溝道MOSFET,這類夾斷區長度隨源-漏工作頻率的變化量,相對于所有溝道長度而言,可以忽略,因而此刻溝道夾斷之后的源-泄漏電流相近為“飽和”的;但是對于短溝道MOSFET,這類夾斷區長度隨源-漏工作頻率的變化量,相對于所有溝道長度而言,不能忽略,因而溝道夾斷之后的源-泄漏電流將會明顯地隨著著源-漏工作頻率的擴張而提高——不飽和脂肪。對于速度飽和所導致的電總流量飽和情況,一般說來,當電場很強、載流子速度飽和之后,再進一步擴張源-漏工作頻率,也不會使電總流量擴張。因此,此刻的飽和電流一切正常狀況下是與源-漏工作頻率無關緊要的。對于短溝道MOSFET,還有一個導致電總流量不飽和脂肪的重要原因,即簡言之DIBL(漏極感應線圈源端勢壘降低)效應。因為源區與溝道正中間一直存在一個高低結所造成 的勢壘,當源-漏工作頻率越高,就將促進該勢壘越低,則依據溝道的源-泄漏電流越大,因此輸出電總流量不易飽和??偟脕碚f,導致短溝道MOSFET電總流量不飽和脂肪的因素重要有溝道長度配制效應和DIBL效應。04輸出功率大的直流電源電路原理項目工程師剖析之:為什么E-MOSFET的飽和源-泄漏電流與飽和工作頻率正中間具有平米的關系?

      【答】加厚型MOSFET(E-MOSFET)的飽和源-泄漏電流關系式為飽和工作頻率(VGS-VT)就是溝道夾斷時的源-漏工作頻率。在MOSFET的轉移特性(IDsat~VGS)趨勢圖上,E-MOSFET的飽和源-泄漏電流IDsat與飽和工作頻率(VGS-VT)的關系即呈現為雙曲線。導致出現這種平米關系的原因有二:①溝道總寬越大,飽和源-泄漏電流越大,飽和工作頻率也就越高;②電總流量飽和就相符合于溝道夾斷,而夾斷區就是耗盡層,其總寬與工作頻率正中間存在著平方根的關系,這就導致之中的平米結果。正因為MOSFET具有如此平米的電總流量-工作頻率關系,因而常稱其為平米率電子器件。05輸出功率大的直流電源電路原理項目工程師剖析之:為什么一般MOSFET的飽和源-泄漏電流具有負的溫度系數?

      【答】MOSFET的飽和源-泄漏電流可表述為這里關系中,因為原料基本參數和電子器件結構參數均與溫度的沒有很大的關聯,則與溫度有關的因素重要有二:閾值電壓VT和載流子電子密度μn。由于MOSFET的閾值電壓VT具有負的溫度系數,因而,隨著著溫度的升高,就促進MOSFET的輸出飽和源-泄漏電流伴隨著擴張,即導致電總流量具有正的溫度系數。而載流子電子密度μn,在室溫附近一般將隨著著溫度的升高而減少(主要是晶格常數振動散射起作用):式中To=300K,m=1.5~2.0。電子密度的這種溫度特性即導致MOSFET的增益值指數也具有負的溫度系數。從而,隨著著溫度的升高,電子密度的減少便會導致MOSFET的輸出源-泄漏電流降低,即電總流量具有負的溫度系數。綜合型之中閾值電壓和載流子電子密度這二種因素的不一樣傷害,則根據MOSFET飽和電流的關系式就可以得知:

      ①當飽和工作頻率(VGS-VT)挺大(即VGS>>VT)時,閾值電壓溫度關系的傷害可以忽略,則輸出源-泄漏電流的溫度特性將重要管理決策于載流子電子密度的溫度關系,即具有負的溫度系數(溫度升高,IDS減少);

      ②當飽和工作頻率(VGS-VT)較?。碫GS~VT)時,則輸出源-泄漏電流的溫度特性將重要管理決策于閾值電壓的溫度關系,從而具有正的溫度系數(溫度升高,IDS也擴張)。而對于一般的MOSFET,便于獲得挺大的跨導,一般把飽和工作頻率(VGS-VT)選得到挺大,因此可以不充分考慮閾值電壓的傷害,因而飽和源-泄漏電流一般都具有負的溫度系數。也因此,一般的MOSFET都具有一定的預防意識的作用,則可以把很多芯。

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