MOS管电容特性-动态特性
从图九可以看出功率管的寄生电容分布情况,电容的大小由功率管的结构,材料和所加的电压决定。这些电容和温度无关,所以功率管的开关速度对温度不敏感(除阈值电压受温度影响产生的次生效应外)
MOS管电容特性:由于器件里的耗尽层受到了机压影响,电容Cgs和Cgd随着所加电压的变化而变化。然而相对于Cgd,Cgs受电压的影响非常小,Cgd受电压影响程度是Cgs的100倍以上。
如图10所示为一个从电路角度所看到的本征电容。受栅漏和栅源电容的影响,感应到的dv/dt会导致功率管开启。
MOS管电容特性:简单的说,Cgd越小对由于dv/dt所导致的功率管开启的影响越少。同样Cgs和Cgd形成了电容分压器,当Cgs与Cgd比值大到某个值的时候可以消除dv/dt所带来的影响,阈值电压乘以这个比值就是可以消除dv/dt所导致功率管开启的最佳因素,APT功率MOSFET在这方面领先这个行业。
Ciss:输入电容
将漏源短接,用交流信号测得的栅极和源极之间的电容就是输入电容。Ciss是由栅漏电容Cgd和栅源电容Cgs并联而成,或者Ciss=Cgs+Cgd,当输入电容充电致阈值电压时器件才能开启,放电致一定值时器件才可以关断。因此驱动
电路和Ciss对器件的开启和关断延时有着直接的影响。
Coss :输出电容
将栅源短接,用交流信号测得的漏极和源极之间的电容就是输出电容。Coss是由漏源电容Cds和栅漏电容Cgd并联而成,或者Coss=Cds+Cgd,对于软开关的应用,Coss非常重要,因为它可能引起电路的谐振。
Crss:反向传输电容
在源极接地的情况下,测得的漏极和栅极之间的电容为反向传输电容。反向传输电容等同于栅漏电容。反向传输电容也常叫做米勒电容,对于开关的上升和下降时间来说是其中一个重要的参数,他还影响着关断延时时间。
图11是电容的典型值随漏源电压的变化曲线
电容随着漏源电压的增加而减小,尤其是输出电容和反向传输电容。
Qgs, Qgd,和Qg:栅电荷
栅电荷值反应存储在端子间电容上的电荷,因为开关的瞬间,电容上的电荷随电压的变化而变化,所以设计栅驱动电路时经常要考虑栅电荷的影响。
请看图12,Qgs从0电荷开始到第一个拐点处,Qgd是从第一个拐点到第二个拐点之间部分(也叫做“米勒"电荷),Qg是从0点到vGS等于一个特定的驱动电压的部分。
漏电流和漏源电压的变化对栅电荷值影响比较小,而且栅电荷不随温度的变化。测试条件是规定好的。栅电荷的曲线图体现在数据表中,包括固定漏电流和变化漏源电压情况下所对应的栅电荷变化曲线。
在图12中平台电压VGS(pl)随着电流的增大增加的比较小(随着电流的降低也会降低)。平台电压也正比于阈值电压,所以不同的阈值电压将会产生不同的平台电压。
MOS电容—能更好的理解MOS管。这个器件有两个电极,一个是金属,另一个是extrinsicsilicon(外在硅),他们之间由一薄层二氧化硅分隔开。金属极就是GATE,而半导体端就是backgate或者body。他们之间的绝缘氧化层称为gate dielectric(栅介质)。
这个MOS电容的电特性能通过把backgate接地,gate接不同的电压来说明。MOS电容的GATE电位是0V。金属GATE和半导体BACKGATE在WORK FUNCTION上的差异在电介质上产生了一个小电场。
在器件中,这个电场使金属极带轻微的正电位,P型硅负电位。这个电场把硅中底层的电子吸引到表面来,它同时把空穴排斥出表面。这个电场太弱了,所以载流子浓度的变化非常小,对器件整体的特性影响也非常小。
当MOS电容的GATE相对于BACKGATE正偏置时发生的情况。穿过GATE DIELECTRIC的电场加强了,有更多的电子从衬底被拉了上来。同时,空穴被排斥出表面。随着GATE电压的升高,会出现表面的电子比空穴多的情况。
由于过剩的电子,硅表层看上去就像N型硅。掺杂极性的反转被称为inversion,反转的硅层叫做channel。随着GATE电压的持续不断升高,越来越多的电子在表面积累,channel变成了强反转。Channel形成时的电压被称为阈值电压Vt。当GATE和BACKGATE之间的电压差小于阈值电压时,不会形成channel。当电压差超过阈值电压时,channel就出现了。
MOS电容:(A)未偏置(VBG=0V),(B)反转(VBG=3V),(C)积累(VBG=-3V)。正是当MOS电容的GATE相对于backgate是负电压时的情况。电场反转,往表面吸引空穴排斥电子。硅表层看上去更重的掺杂了,这个器件被认为是处于accumulation状态了。
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