寄生二极管,二极管方向判断

二极管

二(er)(er)极管(guan)(guan)(guan)，（英语：Diode），电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)元件(jian)当中，一(yi)种具有两个电(dian)(dian)(dian)(dian)极的(de)(de)装(zhuang)置，只(zhi)允许电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)由(you)单一(yi)方(fang)向流(liu)(liu)(liu)过，许多的(de)(de)使用(yong)是应用(yong)其(qi)整流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)功能。而变(bian)容(rong)二(er)(er)极管(guan)(guan)(guan)（Varicap Diode）则用(yong)来当作电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)式的(de)(de)可调(diao)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)。大部(bu)分二(er)(er)极管(guan)(guan)(guan)所具备的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)方(fang)向性我们通(tong)常称(cheng)之为(wei)“整流(liu)(liu)(liu)（Rectifying）”功能。二(er)(er)极管(guan)(guan)(guan)最普遍的(de)(de)功能就是只(zhi)允许电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)由(you)单一(yi)方(fang)向通(tong)过（称(cheng)为(wei)顺向偏压），反向时阻(zu)断 （称(cheng)为(wei)逆向偏压）。因此，二(er)(er)极管(guan)(guan)(guan)可以想成电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)版的(de)(de)逆止阀。

寄生二极管的由来

是(shi)由生(sheng)产工艺造(zao)成的(de)(de)，大功率(lv)MOS管漏(lou)(lou)极从硅(gui)片(pian)底(di)(di)(di)(di)部引出(chu)，就(jiu)会(hui)有(you)这个寄(ji)生(sheng)二极管。小功率(lv)MOS管例如集成芯片(pian)中的(de)(de)MOS管是(shi)平面结(jie)构(gou)，漏(lou)(lou)极引出(chu)方向是(shi)从硅(gui)片(pian)的(de)(de)上面也就(jiu)是(shi)与源(yuan)极等同一(yi)方向，没(mei)有(you)这个二极管。模拟电路书(shu)里讲得就(jiu)是(shi)小功率(lv)MOS管的(de)(de)结(jie)构(gou)，所以没(mei)有(you)这个二极管。但D极和衬底(di)(di)(di)(di)之(zhi)间都(dou)存在寄(ji)生(sheng)二极管，如果是(shi)单个晶体管，衬底(di)(di)(di)(di)当然(ran)接(jie)S极，因(yin)此自然(ran)在DS之(zhi)间有(you)二极管。如果在IC里面，N—MOS衬底(di)(di)(di)(di)接(jie)最低的(de)(de)电压，P—MOS衬底(di)(di)(di)(di)接(jie)最高电压，不(bu)(bu)一(yi)定和S极相(xiang)连，所以DS之(zhi)间不(bu)(bu)一(yi)定有(you)寄(ji)生(sheng)二极管。

寄生二极管的作用

当电(dian)(dian)路中产生很(hen)大的(de)瞬间反向电(dian)(dian)流时，可以通过这个二极管导出来(lai)，不至于击穿这个MOS管。（起到(dao)保(bao)护MOS管的(de)作用）

沟(gou)槽(cao)(cao)(cao)Trench型(xing)N沟(gou)道增强型(xing)功率(lv)MOSFET的(de)结构如下(xia)图所示(shi)，在(zai)N-epi外(wai)延层(ceng)上(shang)(shang)(shang)扩散形(xing)(xing)成(cheng)P基区，然(ran)后通过刻(ke)蚀(shi)技术形(xing)(xing)成(cheng)深(shen)度(du)超(chao)过P基区的(de)沟(gou)槽(cao)(cao)(cao)，在(zai)沟(gou)槽(cao)(cao)(cao)壁上(shang)(shang)(shang)热氧化生(sheng)成(cheng)栅氧化层(ceng)，再用多晶硅填充沟(gou)槽(cao)(cao)(cao)，利用自对准工(gong)艺形(xing)(xing)成(cheng)N+源区，背面的(de)N+substrate为漏区，在(zai)栅极加(jia)上(shang)(shang)(shang)一定正电压后，沟(gou)槽(cao)(cao)(cao)壁侧(ce)的(de)P基区反型(xing)，形(xing)(xing)成(cheng)垂(chui)直沟(gou)道。

由(you)下(xia)图中的结构可以看(kan)到，P基(ji)区和N-epi形成了一个(ge)PN结，即MOSFET的寄(ji)生体(ti)二(er)极管。

MOSFET剖面结构

MOS管寄生二极管的方向判断

MOS管开关电路(lu)(lu)学习过(guo)模拟电路(lu)(lu)的(de)(de)人都知道(dao)三极(ji)(ji)管是流(liu)(liu)控(kong)流(liu)(liu)器(qi)件(jian)，也就是由基极(ji)(ji)电流(liu)(liu)控(kong)制(zhi)集电极(ji)(ji)与(yu)发(fa)射极(ji)(ji)之间的(de)(de)电流(liu)(liu)；而MOS管是压控(kong)流(liu)(liu)器(qi)件(jian)，也就是由栅极(ji)(ji)上所加(jia)的(de)(de)电压控(kong)制(zhi)漏(lou)极(ji)(ji)与(yu)源极(ji)(ji)之间电流(liu)(liu)。MOSFET管是FET的(de)(de)一(yi)种(zhong)，可以被(bei)制(zhi)造为增(zeng)强型或者耗尽型，P沟(gou)道(dao)或N沟(gou)道(dao)共四种(zhong)类(lei)型，但实际应用(yong)(yong)的(de)(de)只有(you)增(zeng)强型的(de)(de)N沟(gou)道(dao)MOS管和增(zeng)强型的(de)(de)P沟(gou)道(dao)MOS管。实际应用(yong)(yong)中，NMOS居多。

上图左边(bian)是N沟道的(de)MOS管(guan)，右边(bian)是P沟道的(de)MOS管(guan)寄生二极管(guan)的(de)方向如(ru)何(he)判断呢？它的(de)判断规则(ze)就是对于N沟道，由S极指向D极；对于P沟道，由D极指向S极。

如何分辨三个极(ji)？D极(ji)单独位(wei)于一边，而G极(ji)是(shi)第4PIN。剩(sheng)下的(de)3个脚则是(shi)S极(ji)。它们的(de)位(wei)置(zhi)是(shi)相对(dui)固定(ding)的(de)，记住这一点很(hen)有用。请注意(yi)：不论(lun)NMOS管还(hai)是(shi)PMOS管，上述PIN脚的(de)确定(ding)方法都是(shi)一样的(de)。

MOS管(guan)导(dao)通(tong)特(te)性(xing)导(dao)通(tong)的(de)(de)意思是作为开(kai)关，相(xiang)当于开(kai)关闭合(he)。NMOS的(de)(de)特(te)性(xing)：Vgs大于某(mou)一值管(guan)子就(jiu)(jiu)会(hui)导(dao)通(tong)，适合(he)用(yong)于源(yuan)极接(jie)地时(shi)的(de)(de)情(qing)况（低端(duan)驱动），只要(yao)栅极电压达到4V就(jiu)(jiu)可以了。PMOS的(de)(de)特(te)性(xing)：Vgs小(xiao)于某(mou)一值管(guan)子就(jiu)(jiu)会(hui)导(dao)通(tong)，适合(he)用(yong)于源(yuan)极接(jie)VCC时(shi)的(de)(de)情(qing)况（高端(duan)驱动）。

下图是(shi)MOS管(guan)开关(guan)电路，输(shu)入(ru)电压(ya)是(shi)Ui，输(shu)出电压(ya)是(shi)Uo。当Ui较小(xiao)时，MOS管(guan)是(shi)截止的(de)， Uo＝Uoh＝Vdd；当Ui较大时，MOS管(guan)是(shi)导通的(de)， Uo =Ron/(Ron+Rd)*Vdd，由于(yu)Ron<

应用实例：以下是某笔记本主板的电路原(yuan)理(li)图(tu)分析，在此(ci)mos管是开关作用:PQ27控制脚为(wei)低电平，PQ27截止，而右侧(ce)的mos管导通(tong)，所(suo)以输出拉低；

电(dian)路原理分析:PQ27控制脚为高电(dian)平(ping)，PQ27导通，所以其漏极为低电(dian)平(ping)，右侧的mos管处于截止(zhi)状(zhuang)态，所以输出为高电(dian)平(ping)。

整(zheng)体看来(lai)，两个管子的(de)(de)搭(da)配(pei)作用就是高低电平的(de)(de)切换，这个电路来(lai)自于笔记本主板的(de)(de)电路，但是这个电路模块也更常见(jian)于复杂电路的(de)(de)上(shang)电时序控制模块，GPIO的(de)(de)操作模块等(deng)等(deng)应(ying)用中(zhong)。

2. MOS管的隔(ge)离作(zuo)用MOS管实现电(dian)压隔(ge)离的作(zuo)用是另外一个非常(chang)重要(yao)且常(chang)见的功(gong)能(neng)，隔(ge)离的重要(yao)性(xing)在(zai)于：担(dan)心前一极的电(dian)流(liu)漏到(dao)后(hou)面的电(dian)路中，对电(dian)路系(xi)统的上电(dian)时序，处(chu)理器(qi)(qi)或逻辑器(qi)(qi)件的工作(zuo)造成误判，最终导致系(xi)统无法正常(chang)工作(zuo)。因(yin)此(ci)，实际的电(dian)路系(xi)统中，隔(ge)离的作(zuo)用非常(chang)重要(yao)。

二极管的导电特性

二极管最重要的特性就(jiu)是单方(fang)向导(dao)电(dian)(dian)(dian)性。在电(dian)(dian)(dian)路中(zhong)，电(dian)(dian)(dian)流(liu)只(zhi)能从二极管的正极流(liu)入，负(fu)极流(liu)出。

正向特性(xing)

在(zai)(zai)电(dian)(dian)子电(dian)(dian)路(lu)中，将二(er)(er)极(ji)(ji)(ji)管(guan)的(de)(de)正(zheng)极(ji)(ji)(ji)接在(zai)(zai)高电(dian)(dian)位端，负极(ji)(ji)(ji)接在(zai)(zai)低(di)电(dian)(dian)位端，二(er)(er)极(ji)(ji)(ji)管(guan)就会导(dao)(dao)通(tong)(tong)，这种连接方式，称为(wei)正(zheng)向(xiang)偏置。必(bi)须说明，当加(jia)在(zai)(zai)二(er)(er)极(ji)(ji)(ji)管(guan)两端的(de)(de)正(zheng)向(xiang)电(dian)(dian)压(ya)很小时，二(er)(er)极(ji)(ji)(ji)管(guan)仍然不能导(dao)(dao)通(tong)(tong)，流过二(er)(er)极(ji)(ji)(ji)管(guan)的(de)(de)正(zheng)向(xiang)电(dian)(dian)流十分微弱。只有当正(zheng)向(xiang)电(dian)(dian)压(ya)达到(dao)某一数值(zhi)（这一数值(zhi)称为(wei)“门坎(kan)电(dian)(dian)压(ya)”，又称“死区电(dian)(dian)压(ya)”，锗管(guan)约(yue)为(wei)0.1V，硅(gui)管(guan)约(yue)为(wei)0.5V）以(yi)后(hou)，二(er)(er)极(ji)(ji)(ji)管(guan)才能真(zhen)正(zheng)导(dao)(dao)通(tong)(tong)。导(dao)(dao)通(tong)(tong)后(hou)二(er)(er)极(ji)(ji)(ji)管(guan)两端的(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)基(ji)本上保持(chi)不变（锗管(guan)约(yue)为(wei)0.3V，硅(gui)管(guan)约(yue)为(wei)0.7V），称为(wei)二(er)(er)极(ji)(ji)(ji)管(guan)的(de)(de)“正(zheng)向(xiang)压(ya)降”。

反(fan)向特性

在电(dian)(dian)子电(dian)(dian)路中(zhong)，二极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管的(de)正(zheng)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)接(jie)(jie)在低电(dian)(dian)位端(duan)(duan)，负(fu)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)接(jie)(jie)在高电(dian)(dian)位端(duan)(duan)，此时(shi)二极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管中(zhong)几(ji)乎没有(you)电(dian)(dian)流(liu)(liu)流(liu)(liu)过，此时(shi)二极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管处(chu)(chu)于截止状(zhuang)态，这种连接(jie)(jie)方式，称为(wei)反向(xiang)偏(pian)置。二极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管处(chu)(chu)于反向(xiang)偏(pian)置时(shi)，仍然会(hui)有(you)微弱的(de)反向(xiang)电(dian)(dian)流(liu)(liu)流(liu)(liu)过二极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管，称为(wei)漏(lou)电(dian)(dian)流(liu)(liu)。当二极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管两(liang)端(duan)(duan)的(de)反向(xiang)电(dian)(dian)压(ya)增大到(dao)某一数值，反向(xiang)电(dian)(dian)流(liu)(liu)会(hui)急(ji)剧增大，二极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管将失(shi)去(qu)单方向(xiang)导电(dian)(dian)特性，这种状(zhuang)态称为(wei)二极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管的(de)击(ji)穿。

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