上海DUAL N-CHANNELMOSFET失效分析

來源: 發(fā)布時間:2022-04-14

MOSFET計算系統(tǒng)的散熱要求,設(shè)計人員必須考慮兩種不同的情況,即較壞情況和真實(shí)情況。建議采用針對較壞情況的計算結(jié)果,因為這 個結(jié)果提供更大的安全余量,能確保系統(tǒng)不會失效。在MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數(shù)據(jù);比如封裝器件的半導(dǎo)體結(jié)與環(huán)境之間的熱阻,以及較 大的結(jié)溫。開關(guān)損耗其實(shí)也是一個很重要的指標(biāo)。導(dǎo)通瞬間的電壓電流乘積相當(dāng)大,一定程度上決定了器件的開關(guān)性能。不過,如果系統(tǒng)對開關(guān)性能要求比較高,可以選擇柵極電荷QG比較小的功率MOSFET。在MOSFET器件應(yīng)用時必須掌握在應(yīng)用中如何保護(hù)器件,不使器件在瞬態(tài)變化中受損害。上海DUAL N-CHANNELMOSFET失效分析

當(dāng)VGS繼續(xù)增大,負(fù)電荷增加,導(dǎo)電溝道擴(kuò)大,電阻降低,ID也隨之增加,并且呈較好線性關(guān)系,如圖3所示。此曲線稱為轉(zhuǎn)換特性。因此在一定范圍內(nèi)可以認(rèn)為,改變VGS來控制漏源之間的電阻,達(dá)到控制ID的作用。由于這種結(jié)構(gòu)在VGS=0時,ID=0,稱這種MOSFET為增強(qiáng)型。另一類MOSFET,在VGS=0時也有一定的ID(稱為IDSS),這種MOSFET稱為耗盡型。它的結(jié)構(gòu)如圖4所示,它的轉(zhuǎn)移特性如圖5所示。VP為夾斷電壓(ID=0)。耗盡型與增強(qiáng)型主要區(qū)別是在制造SiO2絕緣層中有大量的正離子,使在P型襯底的界面上感應(yīng)出較多的負(fù)電荷,即在兩個N型區(qū)中間的P型硅內(nèi)形成一N型硅薄層而形成一導(dǎo)電溝道,所以在VGS=0時,有VDS作用時也有一定的ID(IDSS);當(dāng)VGS有電壓時(可以是正電壓或負(fù)電壓),改變感應(yīng)的負(fù)電荷數(shù)量,從而改變ID的大小。VP為ID=0時的-VGS,稱為夾斷電壓。杭州N-CHANNELMOSFET技術(shù)參數(shù)MOSFET本身的操作速度越來越快,幾乎成為各種半導(dǎo)體主動元件中極快的一種。

常用于MOSFET的電路符號有很多種變化, 常見的設(shè)計是以一條直線 通道,兩條和通道垂直的線 源極與漏極,左方和通道平行而且較短的線 柵極,如下圖所示。有時也會將 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)另外又分為NMOSFET和PMOSFET兩種類型,電路符號如圖所示(箭頭的方向不同)。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電路符號中,從通道往右延伸的箭號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,或簡稱PMOS( 此元件的通道為P型)

怎么選擇正確的MOSFET?1)溝道的選擇,為設(shè)計選擇正確器件的第1步是決定采用N溝道還是P溝道 MOSFET。在典型的功率應(yīng)用中,當(dāng)一個MOSFET接地,而負(fù)載連接到干線電壓上時,該MOSFET就構(gòu)成了低壓側(cè)開關(guān)。在低壓側(cè)開關(guān)中,應(yīng)采用N溝道MOSFET,這是出于對關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。當(dāng)MOSFET連接到總線及負(fù)載接地時,就要用高壓側(cè)開關(guān)。通常會在這個拓?fù)渲胁捎肞溝道 MOSFET,這也是出于對電壓驅(qū)動的考慮。2)電壓和電流的選擇,額定電壓越大,器件的成本就越高。就選擇MOSFET而言,必須確定漏極至源極間可能承受的較大電壓,即較大VDS。設(shè)計工程師需要考慮的其他安全因素包括由開關(guān)電子設(shè)備(如電機(jī)或變壓器)誘發(fā)的電壓瞬變。不同應(yīng)用的額定電壓也有所不同;通常,便攜式設(shè)備為20V、FPGA電源 為20~30V、85~220VAC應(yīng)用為450~600V。在連續(xù)導(dǎo)通模式下,MOSFET處于穩(wěn)態(tài),此時電流連續(xù)通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌(或尖峰電流)流過器件。一旦確定了這些條件下的電流,只需直接選擇能承受這個電流的器件便可。MOSFET的尺寸變小意味著柵極面積減少,如此可以降低等效的柵極電容。

功率MOSFET參數(shù)介紹:EAS-單脈沖雪崩擊穿能量,如果電壓過沖值(通常由于漏電流和雜散電感造成)未超過擊穿電壓,則器件不會發(fā)生雪崩擊穿,因此也就不需要消散雪崩擊穿的能力。雪崩擊穿能量標(biāo)定了器件可以容忍的瞬時過沖電壓的安全值,其依賴于雪崩擊穿需要消散的能量。定義額定雪崩擊穿能量的器件通常也會定義額定EAS。額定雪崩擊穿能量與額定UIS具有相似的意義。EAS標(biāo)定了器件可以安全吸收反向雪崩擊穿能量的高低。L是電感值,iD為電感上流過的電流峰值,其會突然轉(zhuǎn)換為測量器件的漏極電流。電感上產(chǎn)生的電壓超過MOSFET擊穿電壓后,將導(dǎo)致雪崩擊穿。雪崩擊穿發(fā)生時,即使 MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài),電感上的電流同樣會流過MOSFET器件。電感上所儲存的能量與雜散電感上存儲,由MOSFET消散的能量類似。MOSFET并聯(lián)后,不同器件之間的擊穿電壓很難完全相同。通常情況是:某個器件率先發(fā)生雪崩擊穿,隨后所有的雪崩擊穿電流(能量)都從該器件流過。MOSFET另外又分為NMOSFET和PMOSFET兩種類型。張家港低壓N+NMOSFET開關(guān)管

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。上海DUAL N-CHANNELMOSFET失效分析

如何選擇用于熱插拔的MOSFET?當(dāng)電源與其負(fù)載突然斷開時,電路寄生電感元件上的大電流擺動會產(chǎn)生巨大的尖峰電壓,對電路上的電子元件造成十分不利的影響。與電池保護(hù)應(yīng)用類似,此處MOSFET可以將輸入電源與其他電路隔離開來。但此時,F(xiàn)ET的作用并不是立即斷開輸入與輸出之間的連接,而是減輕那些具有破壞力的浪涌電流帶來的嚴(yán)重后果。這需要通過一個控制器來調(diào)節(jié)輸入電壓(VIN)和輸出電壓(VOUT)之間MOSFET上的柵源偏壓,使MOSFET處于飽和狀態(tài),從而阻止可能通過的電流。上海DUAL N-CHANNELMOSFET失效分析

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