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mos管导通电阻

mos管导通特性与条件

（一）mos管导通特性

金属-氧化层半导体场效晶体管，简(jian)称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor MOSFET）是一种可以广泛使用(yong)在模拟电路与(yu)数字电路的(de)场效晶体管（field-effect transistor）。MOSFET依照其(qi)“通道”的(de)极(ji)性(xing)不同，可分为(wei)“N型”与(yu)“P型”的(de)MOSFET，通常又称为(wei)NMOSFET与(yu)PMOSFET，其(qi)他简(jian)称尚包括NMOS?FET、PMOSFET、nMOSFET、pMOSFET等(deng)。

导(dao)通(tong)的(de)意思是(shi)作为开关(guan)，相当于开关(guan)闭合。NMOS的(de)特(te)性，Vgs大于一(yi)定的(de)值就(jiu)会导(dao)通(tong)，适合用(yong)(yong)于源极接地时(shi)的(de)情(qing)况(低端(duan)(duan)驱(qu)动)，只要栅极电(dian)压达到4V或10V就(jiu)可以(yi)了。PMOS的(de)特(te)性，Vgs小于一(yi)定的(de)值就(jiu)会导(dao)通(tong)，使用(yong)(yong)与源极接VCC时(shi)的(de)情(qing)况(高(gao)端(duan)(duan)驱(qu)动)。但(dan)是(shi)，虽然PMOS可以(yi)很(hen)方便地用(yong)(yong)作高(gao)端(duan)(duan)驱(qu)动，但(dan)由于导(dao)通(tong)电(dian)阻大，价格(ge)贵，替(ti)换种类少等原因，在高(gao)端(duan)(duan)驱(qu)动中，通(tong)常还是(shi)使用(yong)(yong)NMOS。

（二）MOS管导通条件

场(chang)(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)的(de)(de)导通(tong)与截止由栅源电压(ya)(ya)来控制(zhi)，对于(yu)增(zeng)(zeng)强型场(chang)(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)来说，N沟道的(de)(de)管(guan)子加(jia)正向(xiang)电压(ya)(ya)即导通(tong)，P沟道的(de)(de)管(guan)子则加(jia)反(fan)向(xiang)电压(ya)(ya)。一般2V～4V就可以了。但是，场(chang)(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)分为(wei)增(zeng)(zeng)强型（常开型）和(he)耗尽型（常闭型），增(zeng)(zeng)强型的(de)(de)管(guan)子是需(xu)要(yao)加(jia)电压(ya)(ya)才能导通(tong)的(de)(de)，而耗尽型管(guan)子本来就处于(yu)导通(tong)状态(tai)，加(jia)栅源电压(ya)(ya)是为(wei)了使其截止。

开(kai)关(guan)(guan)只(zhi)(zhi)有(you)两种状态(tai)通和(he)断(duan)，三(san)极(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)和(he)场效应管(guan)(guan)(guan)工作有(you)三(san)种状态(tai)，1、截止(zhi)，2、线性放大，3、饱和(he)（基极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)继续增加而集(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)不(bu)再增加）。使晶体管(guan)(guan)(guan)只(zhi)(zhi)工作在(zai)(zai)1和(he)3状态(tai)的电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)称(cheng)之为开(kai)关(guan)(guan)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)，一(yi)般以晶体管(guan)(guan)(guan)截止(zhi)，集(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)不(bu)吸收电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)表示(shi)关(guan)(guan)；以晶体管(guan)(guan)(guan)饱和(he)，发射极(ji)(ji)和(he)集(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)之间的电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压差接(jie)近于0V时(shi)(shi)表示(shi)开(kai)。开(kai)关(guan)(guan)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)用于数(shu)字(zi)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)时(shi)(shi)，输出(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)接(jie)近0V时(shi)(shi)表示(shi)0，输出(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)接(jie)近电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压时(shi)(shi)表示(shi)1。所以数(shu)字(zi)集(ji)成(cheng)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(lu)内(nei)部(bu)的晶体管(guan)(guan)(guan)都(dou)工作在(zai)(zai)开(kai)关(guan)(guan)状态(tai)。 场效应管(guan)(guan)(guan)按沟道分可(ke)分为Ｎ沟道和(he)Ｐ沟道管(guan)(guan)(guan)（在(zai)(zai)符号(hao)图中可(ke)看(kan)到中间的箭头方(fang)向不(bu)一(yi)样(yang)）。

按材料分(fen)可(ke)分(fen)为结(jie)型(xing)(xing)管(guan)和(he)绝(jue)(jue)缘(yuan)(yuan)栅(zha)(zha)型(xing)(xing)管(guan)，绝(jue)(jue)缘(yuan)(yuan)栅(zha)(zha)型(xing)(xing)又分(fen)为耗(hao)尽(jin)型(xing)(xing)和(he)增(zeng)强(qiang)型(xing)(xing)，一般(ban)主板上大多(duo)是绝(jue)(jue)缘(yuan)(yuan)栅(zha)(zha)型(xing)(xing)管(guan)简称MOS管(guan)，并且大多(duo)采用(yong)(yong)增(zeng)强(qiang)型(xing)(xing)的Ｎ沟(gou)道，其次是增(zeng)强(qiang)型(xing)(xing)的Ｐ沟(gou)道，结(jie)型(xing)(xing)管(guan)和(he)耗(hao)尽(jin)型(xing)(xing)管(guan)几(ji)乎不用(yong)(yong)。场(chang)效应晶(jing)(jing)体(ti)(ti)管(guan)（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场(chang)效应管(guan).由多(duo)数(shu)载流(liu)(liu)子参与导(dao)电(dian)(dian),也(ye)称为单极(ji)(ji)型(xing)(xing)晶(jing)(jing)体(ti)(ti)管(guan).它属于电(dian)(dian)压(ya)控(kong)制(zhi)型(xing)(xing)半(ban)导(dao)体(ti)(ti)器(qi)件(jian)(jian).场(chang)效应管(guan)是利用(yong)(yong)多(duo)数(shu)载流(liu)(liu)子导(dao)电(dian)(dian),所以(yi)称之为单极(ji)(ji)型(xing)(xing)器(qi)件(jian)(jian),而晶(jing)(jing)体(ti)(ti)管(guan)是即有(you)多(duo)数(shu)载流(liu)(liu)子,也(ye)利用(yong)(yong)少数(shu)载流(liu)(liu)子导(dao)电(dian)(dian),被(bei)称之为双极(ji)(ji)型(xing)(xing)器(qi)件(jian)(jian).有(you)些场(chang)效应管(guan)的源极(ji)(ji)和(he)漏极(ji)(ji)可(ke)以(yi)互换使用(yong)(yong),栅(zha)(zha)压(ya)也(ye)可(ke)正可(ke)负,灵活性比(bi)晶(jing)(jing)体(ti)(ti)管(guan)好(hao)。

mos管导通电阻的作用

mos管导(dao)通(tong)电阻(zu)，一般在使用MOS时都会遇(yu)到栅极的(de)电阻(zu)选择和(he)使用问题，但有(you)时对这个电阻(zu)很迷茫，现介绍一下它的(de)作用：

1.是分压作用

2.下拉电阻是(shi)尽(jin)快(kuai)泄放栅(zha)极(ji)电荷(he)将MOS管尽(jin)快(kuai)截止(zhi)

3.防(fang)止栅(zha)极(ji)(ji)出现浪涌过(guo)压(ya)（栅(zha)极(ji)(ji)上并联(lian)的(de)稳压(ya)管也是防(fang)止过(guo)压(ya)产生）

4.全桥栅(zha)极电(dian)(dian)阻也是同样机理，尽(jin)快泄放(fang)栅(zha)极电(dian)(dian)荷，将MOS管(guan)(guan)尽(jin)快截止。避(bi)免栅(zha)极悬空(kong)，悬空(kong)的栅(zha)极MOS管(guan)(guan)将会导通，导致全桥短路

5.驱动(dong)管和栅(zha)极之间的电(dian)阻起到隔离(li)、防止寄生振荡(dang)的作用

降低高压MOS管导通电阻的原理与方法

1.不(bu)同(tong)耐压(ya)(ya)的(de)(de)MOS管的(de)(de)导(dao)通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)(zu)分布(bu)。不(bu)同(tong)耐压(ya)(ya)的(de)(de)MOS管，其导(dao)通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)(zu)中各部分电(dian)阻(zu)(zu)比例(li)分布(bu)也(ye)不(bu)同(tong)。如耐压(ya)(ya)30V的(de)(de)MOS管，其外(wai)延层(ceng)(ceng)电(dian)阻(zu)(zu)仅为总导(dao)通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)(zu)的(de)(de)29%，耐压(ya)(ya)600V的(de)(de)MOS管的(de)(de)外(wai)延层(ceng)(ceng)电(dian)阻(zu)(zu)则(ze)是总导(dao)通(tong)(tong)电(dian)阻(zu)(zu)的(de)(de)96.5%。

由此可(ke)以(yi)推断耐(nai)压800V的(de)(de)MOS管的(de)(de)导通(tong)(tong)电(dian)(dian)阻将几乎(hu)被外延(yan)层电(dian)(dian)阻占(zhan)据。欲(yu)获得高(gao)阻断电(dian)(dian)压，就必须(xu)采用(yong)高(gao)电(dian)(dian)阻率的(de)(de)外延(yan)层，并增厚。这就是常规高(gao)压MOS管结构所(suo)导致的(de)(de)高(gao)导通(tong)(tong)电(dian)(dian)阻的(de)(de)根本原(yuan)因(yin)。

2.降低(di)高压MOS管导(dao)通(tong)(tong)电阻(zu)的(de)(de)思路。增加管芯面积虽能(neng)降低(di)导(dao)通(tong)(tong)电阻(zu)，但成本(ben)的(de)(de)提高所付(fu)出的(de)(de)代价(jia)是商业品所不允许的(de)(de)。引(yin)入少数(shu)载流(liu)以(yi)上两(liang)种办法不能(neng)降低(di)高压MOS管的(de)(de)导(dao)通(tong)(tong)电阻(zu)，所剩的(de)(de)思路就是如何将阻(zu)断高电压的(de)(de)低(di)掺杂、高电阻(zu)率区域和导(dao)电通(tong)(tong)道的(de)(de)高掺杂、低(di)电阻(zu)率分开解决。如除导(dao)通(tong)(tong)时低(di)掺杂的(de)(de)高耐压外延层对导(dao)通(tong)(tong)电阻(zu)只能(neng)起增大作(zuo)用外并无其他用途。

这(zhei)(zhei)样，是(shi)否可以(yi)将(jiang)导(dao)电通道以(yi)高(gao)掺杂较低电阻(zu)(zu)率(lv)实(shi)现(xian)(xian)，而(er)在MOS管关断(duan)时，设法(fa)使(shi)这(zhei)(zhei)个通道以(yi)某种方式夹断(duan)，使(shi)整(zheng)个器件耐压仅(jin)取决于低掺杂的(de)N-外延层。基于这(zhei)(zhei)种思想，1988年INFINEON推出内建(jian)横(heng)向电场耐压为600V的(de)COOLMOS管，使(shi)这(zhei)(zhei)一(yi)想法(fa)得以(yi)实(shi)现(xian)(xian)。内建(jian)横(heng)向电场的(de)高(gao)压MOS管的(de)剖面结(jie)构及高(gao)阻(zu)(zu)断(duan)电压低导(dao)通电阻(zu)(zu)的(de)示意图如图所示。

与(yu)常规MOS管结构不同，内建(jian)横向电场的(de)MOS管嵌(qian)入垂(chui)(chui)直(zhi)P区将(jiang)垂(chui)(chui)直(zhi)导电区域(yu)的(de)N区夹(jia)在中间，使MOS管关断时，垂(chui)(chui)直(zhi)的(de)P与(yu)N之(zhi)间建(jian)立横向电场，并且垂(chui)(chui)直(zhi)导电区域(yu)的(de)N掺杂浓度高于其外延(yan)区N-的(de)掺杂浓度。

当VGS＜VTH时(shi)，由于被电(dian)场反型而产生的N型导电(dian)沟道不能(neng)形(xing)成(cheng)，并且D，S间加正电(dian)压，使MOS管内部(bu)PN结反偏形(xing)成(cheng)耗(hao)尽(jin)层，并将(jiang)垂直导电(dian)的N区耗(hao)尽(jin)。这(zhei)个耗(hao)尽(jin)层具有纵向高阻断电(dian)压，如图（b）所示，这(zhei)时(shi)器件的耐(nai)(nai)压取决于P与N-的耐(nai)(nai)压。因此(ci)N-的低掺杂、高电(dian)阻率是必需(xu)的。

MOS管导通过程

导通时(shi)序(xu)可分为to~t1、t1~t2、 t2~t3 、t3~t4四个时(shi)间(jian)段(duan)，这四个时(shi)间(jian)段(duan)有不同的等效(xiao)电路。

1.   t0-t1：C GS1 开始充电(dian)(dian)，栅极(ji)电(dian)(dian)压还没(mei)有(you)到达V GS（th），导电(dian)(dian)沟(gou)道没(mei)有(you)形成(cheng)，MOSFET仍处于关闭状(zhuang)态。

2.   [t1-t2]区间, GS间电压到达Vgs（th），DS间导电沟道开(kai)始形成，MOSFET开(kai)启(qi)，DS电流增加到ID, Cgs2 迅速(su)充(chong)电，Vgs由(you)Vgs（th）指数增长到Va。

3.[t2-t3]区间(jian),MOSFET的(de)(de)DS电(dian)压降至(zhi)与(yu)Vgs相同,产生Millier效应，Cgd电(dian)容大大增加,栅(zha)极电(dian)流(liu)持续流(liu)过，由(you)于C gd 电(dian)容急剧增大，抑制了栅(zha)极电(dian)压对Cgs 的(de)(de)充电(dian),从而使得Vgs 近乎(hu)水(shui)平状(zhuang)态，Cgd 电(dian)容上电(dian)压增加,而DS电(dian)容上的(de)(de)电(dian)压继续减小。

4.  [t3-t4]区间,至(zhi)t3时刻(ke),MOSFET的(de)DS电(dian)(dian)压降至(zhi)饱(bao)和导通(tong)时的(de)电(dian)(dian)压,Millier效应影响变小(xiao)，Cgd 电(dian)(dian)容(rong)(rong)(rong)变小(xiao)并(bing)和Cgs 电(dian)(dian)容(rong)(rong)(rong)一(yi)起由外部驱动电(dian)(dian)压充电(dian)(dian), Cgs 电(dian)(dian)容(rong)(rong)(rong)的(de)电(dian)(dian)压上升,至(zhi)t4时刻(ke)为止.此时C gs 电(dian)(dian)容(rong)(rong)(rong)电(dian)(dian)压已(yi)达稳态,DS间电(dian)(dian)压也达最小(xiao)，MOSFET完全开启。

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