不过,这可不代表MOSFET就不会静电!那么,这静电到底从何而来?
静电放电:
是绝大多数器件、IC设计与制造的头号难题。
静电放电(ESD: Electrostatic Discharge),一般是人为产生的,在生产、组装、测试、存放以及搬运的过程中,静电会累积在人体、仪器或设备当中,然而元器件本身也会累积静电。
静电产生的方式通常分为四种:人体放电(HBM)、机器放电(MM)、元件充电(CDM)、电场感应(FIM),通常以人体放电(HBM)、机器放电这两种为主要测试模式。
HBM:业界对HBM的ESD标准(MIL- STD-883C method 3015.7,等效人体电容为100pF,等效人体电阻为1.5Kohm)
MM:机器移动产生的静电触碰芯片时由pin脚释放,ESD标准【(EIA/JESD22-A115-A),等效机器电阻为0(金属,且放电时间较短,在ms或者us之间),电容为100pF】。
由于等效电阻为0,因此电流很大,此外机器本身存在很多导线之间的耦合作用,电流会因此受到干扰进而变化。
CDM:器件带静电后接触一个接地的导体发生放电。
在同样的静电电压等级下,器件损伤程度:MM>CDM>HBM,产品规格书常见HBM、MM,电子器件标准为HBM接触2KV。
接以上陈述以后,知道MOS管为何要防静电吗?
我们知道,MOS管是一个ESD敏感器件,本身输入阻抗很高,其G-S之间的电容又很小,易受到外界电磁场或静电感应而带电。
MOSFET静电击穿有两种模式:
电压型:G极的薄氧化层发生击穿形成针孔,使G-S极/G-D之间短路;
功率型:金属化薄膜铝条被熔断,导致G极/S极开路。
绝大部分MOSFET很少暴露在容易产生ESD的环境里,但在部分应用里,MOSFET会专门在GS之间增加一个ESD保护器提高它的静电防护能力。
不过,现在大多数MOSFET都没那么容易击穿,尤其是大功率VMOS,一般都有二极管保护,并且其栅极电容较大,感应不出高压。有些CMOS器件内部增加了IO口保护,不过也不能用手直接接触CMOS器件的管脚,会导致可焊性变差。
静电放电
所形成的是短时的大电流,放电脉冲的时间常数一般远小于器件散热的时间常数。
当静电放电电流流经pn结时,会产生很大的瞬间功率密度,并形成局部过热,甚至超过材料本身的温度(硅的熔点1410℃),这将导致pn结短路,使器件失效。
功率密度越小,器件越不容易受到损坏。
相对其它器件,MOS管的ESD敏感度要高一点。但ESD具有随机性,就算产生ESD,也未必一定会把MOS管击穿。
解决方案
在存储和运输时,最好用金属容器或者导电材料包装,避免化纤物品;
组装、调试时,工具、仪表和工作台需做到良好接地,操作人员要避免穿着尼龙、化纤衣类导致静电干扰;
MOS管是电压驱动型,悬空的G极易受外部干扰让MOS导通,外部干扰信号对G-S结电容充电。G悬空是很危险的,容易造成爆管。让G极接个下拉电阻对地,外部干扰信号就不会直通了,一般这个栅极电阻可以在10-20K。
这个栅极电阻的作用之前也有提到过:
为MOS提供偏置电压
起到泄放电阻的作用
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