mos管器件與應(yīng)用-mos管器件的結(jié)構(gòu)、符號(hào)等及mos管具體應(yīng)用方案-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-10-13
MOS場(chǎng)效應(yīng)管也被稱為MOSFET，即Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)的縮寫(xiě)。它一般有耗盡型和增強(qiáng)型兩種我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管，其輸出電流是由輸入的電壓(或稱場(chǎng)電壓)控制，可以認(rèn)為輸入電流極小或沒(méi)有輸入電流，這使得該器件有很高的輸入阻抗，同時(shí)這也是我們稱之為場(chǎng)效應(yīng)管的原因。
MOS晶體管的符號(hào)示于圖1.3。（KIA）MOS晶體管是四端器件：源極(S)、柵極(G)、漏極(D)，以及基底端(B)?；锥嗽贜MOS晶體管中通常銜接電路的負(fù)端電源電壓Vss，在PMOS晶體管中銜接電路的正端電源電壓VDD。電路圖中通常省略基底端(B)而采用圖1.4所示的符號(hào)。兩者的關(guān)系如圖1.5所示。
圖1.6是NMOS晶體管的構(gòu)造表示圖。P型硅襯底上構(gòu)成兩個(gè)n+區(qū)域，一個(gè)是源區(qū)，另一個(gè)是漏區(qū)。柵極是由摻入高濃度雜質(zhì)的低電阻多晶硅(poly-crystal-linc silicon)構(gòu)成。
在柵極與硅襯底間構(gòu)成一層氧化膜( Si02)，叫做柵氧化膜。P型硅襯底也叫做基板。
NMOS的基底銜接VSS負(fù)端電源電壓。例如，在正的電源電壓VDD為3V，負(fù)的電源電壓VSS為OV的電路中工作時(shí)，基底銜接OV（圖1.7）。
畫(huà)電路圖時(shí)，NMOS晶體管是漏極在上、源極在下，而PMOS晶體管是源極在上、漏極在下。圖1.8示出電流活動(dòng)的方向和電極間的電壓。柵極—源極間電壓用VGS(PMOS晶體管中用VSG)表示，漏極—源極間電壓用VDS（PMOS晶體管中VSD）表示。
MOS管是金屬(metal)—氧化物(oxid)—半導(dǎo)體(semiconductor)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或者稱是金屬—絕緣體(insulator)—半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對(duì)調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的，即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)稱的。
（一）MOS管的使用優(yōu)勢(shì)
MOS管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下，應(yīng)選用MOS管；而在信號(hào)電壓較低，又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下，應(yīng)選用晶體管。
MOS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MOS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管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多MOS管集成在一塊硅片上，因此MOS管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。
（二）電路符號(hào)
常用于MOSFET的電路符號(hào)有很多種變化，最常見(jiàn)的設(shè)計(jì)是以一條直線代表通道，兩條和通道垂直的線代表源極與漏極，左方和通道平行而且較短的線代表柵極，如下圖所示。有時(shí)也會(huì)將代表通道的直線以破折線代替，以區(qū)分增強(qiáng)型MOSFET（enhancement mode MOSFET）或是耗盡型MOSFET（depletion mode MOSFET）。
由于集成電路芯片上的MOSFET為四端元件，所以除了柵極、源極、漏極外，尚有一基極（Bulk或是Body）。MOSFET電路符號(hào)中，從通道往右延伸的箭號(hào)方向則可表示此元件為N型或是P型的MOSFET。箭頭方向永遠(yuǎn)從P端指向N端，所以箭頭從通道指向基極端的為P型的MOSFET，或簡(jiǎn)稱PMOS（代表此元件的通道為P型）；反之若箭頭從基極指向通道，則代表基極為P型，而通道為N型，此元件為N型的MOSFET，簡(jiǎn)稱NMOS。在一般分布式MOSFET元件（discrete device）中，通常把基極和源極接在一起，故分布式MOSFET通常為三端元件。而在集成電路中的MOSFET通常因?yàn)槭褂猛粋€(gè)基極（common bulk），所以不標(biāo)示出基極的極性，而在PMOS的柵極端多加一個(gè)圓圈以示區(qū)別。
（以N溝道增強(qiáng)型mos場(chǎng)效應(yīng)管）它是利用VGS來(lái)控制“感應(yīng)電荷”的多少，以改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到控制漏極電流的目的。在制造管子時(shí)，通過(guò)工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負(fù)電荷，這些負(fù)電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導(dǎo)電溝道，即使在VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。當(dāng)柵極電壓改變時(shí)，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導(dǎo)電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。
影響開(kāi)關(guān)性能的參數(shù)有很多，但最重要的是柵極/漏極、柵極/ 源極及漏極/源極電容。這些電容會(huì)在器件中產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗，因?yàn)樵诿看伍_(kāi)關(guān)時(shí)都要對(duì)它們充電。MOS管的開(kāi)關(guān)速度因此被降低，器件效率也下降。為計(jì)算開(kāi)關(guān)過(guò) 程中器件的總損耗，要計(jì)算開(kāi)通過(guò)程中的損耗（Eon）和關(guān)閉過(guò)程中的損耗（Eoff）。MOSFET開(kāi)關(guān)的總功率可用如下方程表達(dá)：Psw= （Eon+Eoff）×開(kāi)關(guān)頻率。
而柵極電荷（Qgd）對(duì)開(kāi)關(guān)性能的影響最大。場(chǎng)效應(yīng)管的名字也來(lái)源于它的輸入端（稱為gate）通過(guò)投影一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)絕緣層上來(lái)影響流過(guò)晶體管的電流。事實(shí)上沒(méi)有電流流過(guò)這個(gè)絕緣體，所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來(lái)作為GATE極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）晶體管，或，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。因?yàn)镸OS管更小更省電，所以他們已經(jīng)在很多應(yīng)用場(chǎng)合取代了雙極型晶體管。
MOS管具有很低的導(dǎo)通電阻，消耗能量較低，在目前流行的高效DC－DC芯片中多采用MOS管作為功率開(kāi)關(guān)。但是由于MOS管的寄生電容大，一般情況下NMOS開(kāi)關(guān)管的柵極電容高達(dá)幾十皮法。這對(duì)于設(shè)計(jì)高工作頻率DC－DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。在低電壓ULSI設(shè)計(jì)中有多種CMOS、BiCMOS采用自舉升壓結(jié)構(gòu)的邏輯電路和作為大容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路。這些電路能夠在低于1V電壓供電條件下正常工作，并且能夠在負(fù)載電容1～2pF的條件下工作頻率能夠達(dá)到幾十兆甚至上百兆赫茲。本文正是采用了自舉升壓電路，設(shè)計(jì)了一種具有大負(fù)載電容驅(qū)動(dòng)能力的，適合于低電壓、高開(kāi)關(guān)頻率升壓型DC－DC轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)電路。電路基于Samsung AHP615 BiCMOS工藝設(shè)計(jì)并經(jīng)過(guò)Hspice仿真驗(yàn)證，在供電電壓1.5V ，負(fù)載電容為60pF時(shí)，工作頻率能夠達(dá)到5MHz以上。
1、MOS部件出廠時(shí)一般裝在黑色的導(dǎo)電多氣孔材料袋中，切勿自行輕易拿個(gè)分子化合物塑料袋裝。
2、抽取MOS管部件不可以在分子化合物塑料板上滑動(dòng)，應(yīng)用金屬盤(pán)來(lái)盛放待用部件。
3、燒焊用的電烙鐵務(wù)必令人滿意接地。
4、在燒焊前應(yīng)把電路板的電源線與地線短接，待MOS部件燒焊完后再分開(kāi)。
5、MOS部件各管腳的燒焊順著次序是漏極、源極、柵極。拆機(jī)時(shí)順著次序相反。
6、在準(zhǔn)許的條件下，MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極最好接入盡力照顧二極管。在檢查修理電路時(shí)應(yīng)注意調(diào)查證明原有的盡力照顧二極管是否毀壞。
7、最好是帶防靜電手套兒或穿上防靜電的衣裳再去接觸場(chǎng)效應(yīng)管。
8、選管時(shí)，要注意實(shí)際電路中各極電流電壓的數(shù)字都不可以超過(guò)規(guī)格書(shū)中的定額值。
1）雪崩失效(電壓失效)，也就是我們常說(shuō)的漏源間的BVdss電壓超過(guò)MOSFET的額定電壓，并且超過(guò)達(dá)到了一定的能力從而導(dǎo)致MOSFET失效。
2）SOA失效(電流失效)，既超出MOSFET安全工作區(qū)引起失效，分為Id超出器件規(guī)格失效以及Id過(guò)大，損耗過(guò)高器件長(zhǎng)時(shí)間熱積累而導(dǎo)致的失效。
3）體二極管失效：在橋式、LLC等有用到體二極管進(jìn)行續(xù)流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，由于體二極管遭受破壞而導(dǎo)致的失效。
4）諧振失效：在并聯(lián)使用的過(guò)程中，柵極及電路寄生參數(shù)導(dǎo)致震蕩引起的失效。
5）靜電失效：在秋冬季節(jié)，由于人體及設(shè)備靜電而導(dǎo)致的器件失效。
6）柵極電壓失效：由于柵極遭受異常電壓尖峰，而導(dǎo)致柵極柵氧層失效。
1.判斷柵極G
MOS驅(qū)動(dòng)器主要起波形整形和加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的作用:假如MOS管的G信號(hào)波形不夠陡峭，在點(diǎn)評(píng)切換階段會(huì)造成大量電能損耗其副作用是降低電路轉(zhuǎn)換效率，MOS管發(fā)燒嚴(yán)峻，易熱損壞MOS管GS間存在一定電容，假如G信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力不夠，將嚴(yán)峻影響波形跳變的時(shí)間.
將G-S極短路，選擇萬(wàn)用表的R×1檔，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應(yīng)為幾歐至十幾歐。若發(fā)現(xiàn)某腳與其字兩腳的電阻均呈無(wú)限大，并且交換表筆后仍為無(wú)限大，則證實(shí)此腳為G極，由于它和另外兩個(gè)管腳是絕緣的。
2.判斷源極S、漏極D
將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1k檔分別丈量三個(gè)管腳之間的電阻。用交換表筆法測(cè)兩次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，此時(shí)黑表筆的是S極，紅表筆接D極。因?yàn)闇y(cè)試前提不同，測(cè)出的RDS（on）值比手冊(cè)中給出的典型值要高一些。
3.丈量漏-源通態(tài)電阻RDS（on）
在源-漏之間有一個(gè)PN結(jié)，因此根據(jù)PN結(jié)正、反向電阻存在差異，可識(shí)別S極與D極。例如用500型萬(wàn)用表R×1檔實(shí)測(cè)一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W,大于0.58W（典型值）。
由于電動(dòng)車(chē)的廣泛使用，而且電動(dòng)車(chē)普遍隨便停在路邊，車(chē)身比較輕便，即使熄火也完全可以搬離?，F(xiàn)場(chǎng)抓獲難。當(dāng)人離開(kāi)車(chē)后通常的喇叭報(bào)警無(wú)法及時(shí)傳達(dá)到車(chē)主。警報(bào)聲響，周?chē)娜艘膊惶P(guān)注，現(xiàn)場(chǎng)很難抓住盜車(chē)者。被盜報(bào)案難。由于電動(dòng)車(chē)沒(méi)有登記信息，特征不明顯不易辨識(shí)，被盜后很多人便不去報(bào)案。打擊取證難。電動(dòng)車(chē)被盜后，嫌疑人多采取異地銷(xiāo)贓或“化整為零”的辦法，造成取證困難。因此電動(dòng)車(chē)防盜報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)始推而廣之。
在電動(dòng)車(chē)防盜報(bào)警系統(tǒng)中會(huì)用到MOS管，現(xiàn)在就介紹一下本公司在電動(dòng)車(chē)防盜報(bào)警系統(tǒng)使用到的MOS管，在防盜報(bào)警器中，KIA設(shè)計(jì)生產(chǎn)的P溝道MOS管器件具有更高耐壓，更足的余量，內(nèi)阻更是同等更低給產(chǎn)品的應(yīng)用提供更穩(wěn)定的保障。
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