mos管寄生电容

寄生电容

寄(ji)生电(dian)容(rong)一般是(shi)指电(dian)感(gan)，电(dian)阻(zu)(zu)，芯片引(yin)脚等在高(gao)频情(qing)况(kuang)下表现出来的(de)电(dian)容(rong)特性。实际上，一个电(dian)阻(zu)(zu)等效于一个电(dian)容(rong)，一个电(dian)感(gan)，和一个电(dian)阻(zu)(zu)的(de)串联，在低频情(qing)况(kuang)下表现不(bu)(bu)是(shi)很明显(xian)，而在高(gao)频情(qing)况(kuang)下，等效值会增大(da)，不(bu)(bu)能(neng)忽略。在计算中我们要(yao)考虑进去。ESL就是(shi)等效电(dian)感(gan)，ESR就是(shi)等效电(dian)阻(zu)(zu)。不(bu)(bu)管是(shi)电(dian)阻(zu)(zu)，电(dian)容(rong)，电(dian)感(gan)，还是(shi)二极(ji)管，三极(ji)管，MOS管，还有(you)IC，在高(gao)频的(de)情(qing)况(kuang)下我们都要(yao)考虑到(dao)它们的(de)等效电(dian)容(rong)值，电(dian)感(gan)值。

mos管寄生电容问题

mos管(guan)寄生(sheng)电容(rong)是动态参数，直接影响到其开关性能，MOSFET的(de)(de)栅极电荷也是基于电容(rong)的(de)(de)特性，下面(mian)将从(cong)结构上介(jie)绍(shao)这些寄生(sheng)电容(rong)，然后理解这些参数在功率MOSFET数据表中(zhong)的(de)(de)定义，以及(ji)它们(men)的(de)(de)定义条(tiao)件(jian)。

（一）mos管寄生电容数据表

沟槽(cao)型功率MOSFET的(de)寄生(sheng)电容(rong)的(de)结(jie)构(gou)如图1所(suo)示，可以看到，其(qi)具有三个内在的(de)寄生(sheng)电容(rong)：G和S的(de)电容(rong)CGS；G和D的(de)电容(rong)：CGD，也称为反向传输电容(rong)、米勒电容(rong)，Crss；D和S的(de)电容(rong)CDS。

功率MOSFET的寄(ji)生电容参数在数据表中的定(ding)义，它(ta)们和表上面实(shi)际的寄(ji)生参数并(bing)不完(wan)全相同，相应的关系是：

输入电容：Ciss=CGS+CGD

输出电容：Coss=CDS+CGD

反向传(chuan)输电容：Crss=CGD

（二）mos管寄生电容测试

mos管(guan)寄生(sheng)电容的测(ce)试(shi)的条件为：VGS=0，VDS=BVDSS/2，f=1MHz，就是使用的测(ce)量电压为额定(ding)电压的一半，测(ce)试(shi)的电路所下图所示。

(a) Ciss测试电路

(d) 标(biao)准(zhun)的LCR

图2：寄(ji)生电容测试电路

mos管栅极的(de)多晶(jing)硅和源极通(tong)道区域的(de)电(dian)容(rong)决定了这些参数，其(qi)不具有偏向(xiang)的(de)敏(min)感度，也非常容(rong)易重现。

沟槽型功(gong)率MOSFET的寄生电容和以下的因素相(xiang)关：

1、沟(gou)(gou)道的宽度和沟(gou)(gou)槽的宽度

2、 G极氧化层的厚度(du)和(he)一致性

3、沟槽的深度(du)和形状

4、S极体-EPI层的掺杂轮廓

5、体二极管PN结的面积和掺杂轮廓

高压平(ping)面(mian)功率MOSFET的Crss由以(yi)下因素(su)决定：

1、设计参数(shu)，如多晶硅的宽度，晶胞(bao)斜度

2、栅(zha)极氧化层厚(hou)度和一致性

3、体(ti)水平扩散，决定了JFET区域的(de)宽度(du)

4、体-EPI和JFET区(qu)域的(de)掺杂轮廓

5、栅极多晶硅掺(chan)杂通常不是一(yi)个(ge)因素，由于其(qi)是退(tui)化(hua)的掺(chan)杂；JEFET区域(yu)的宽度，JFET轮廓和EPI层掺(chan)杂轮廓主导着这(zhei)个(ge)参数

高压平面功率MOSFET的Coss由以(yi)下因素决定：

1、所(suo)有影响Crss参数，由于它是Coss一部分

2、体二极管(guan)PN结区域和掺杂轮廓

（三）mos管寄生电容的非线性

MOSFET的(de)(de)电(dian)容(rong)是(shi)非(fei)线性的(de)(de)，是(shi)直流偏(pian)置(zhi)电(dian)压(ya)的(de)(de)函数(shu)，图3示出了(le)(le)寄生电(dian)容(rong)随VDS电(dian)压(ya)增(zeng)加而(er)变化。所有的(de)(de)MOSFET的(de)(de)寄生电(dian)容(rong)来源于(yu)不依赖于(yu)偏(pian)置(zhi)的(de)(de)氧化物电(dian)容(rong)和依赖于(yu)偏(pian)置(zhi)的(de)(de)硅耗(hao)(hao)尽(jin)层电(dian)容(rong)的(de)(de)组合。由于(yu)器件里的(de)(de)耗(hao)(hao)尽(jin)层受到了(le)(le)电(dian)压(ya)影响，电(dian)容(rong)CGS和CGD随着所加电(dian)压(ya)的(de)(de)变化而(er)变化。

图3：AON6512电(dian)容随电(dian)压变化

电(dian)容随着VDS电(dian)压(ya)的(de)增加而(er)减(jian)(jian)小(xiao)(xiao)，尤其(qi)是(shi)输出电(dian)容和反向传输电(dian)容。当电(dian)压(ya)增加时，和VDS相关电(dian)容的(de)减(jian)(jian)小(xiao)(xiao)来(lai)源于(yu)耗尽层电(dian)容减(jian)(jian)小(xiao)(xiao)，耗尽层区域扩大。然(ran)而(er)相对(dui)于(yu)CGD，CGS受电(dian)压(ya)的(de)影(ying)响非常小(xiao)(xiao)，CGD受电(dian)压(ya)影(ying)响程度是(shi)CGS的(de)100倍以上。

图4显示出了在VDS电压(ya)值较低(di)时，当VGS电压(ya)增(zeng)(zeng)加大(da)于阈值电压(ya)后，MOSFET输(shu)入电容会随着VGS增(zeng)(zeng)加而(er)增(zeng)(zeng)加。

图4：输(shu)入电(dian)容随VGS变化

因为MOSFET沟道的(de)电(dian)(dian)子(zi)反形(xing)层(ceng)形(xing)成(cheng)，在(zai)沟漕底部形(xing)成(cheng)电(dian)(dian)子(zi)聚集(ji)层(ceng)，这也是为什么(me)一(yi)旦电(dian)(dian)压超过QGD阶级，栅极电(dian)(dian)荷特性(xing)曲线(xian)的(de)斜率(lv)增加的(de)原因。所有的(de)电(dian)(dian)容参(can)数不受(shou)温(wen)度的(de)影(ying)响，温(wen)度变化(hua)时，它们(men)的(de)值(zhi)不会发生变化(hua)。

mos管器件作电容知识详解

由(you)于MOS管中存在(zai)(zai)(zai)着明显的(de)电容结构，因此可(ke)以用MOS器件(jian)制(zhi)作成一(yi)(yi)个(ge)(ge)电容使用。如果一(yi)(yi)个(ge)(ge)NMOS管的(de)源、漏、衬底都接地而栅(zha)电压接正电压，当VG上升并(bing)达到Vth时(shi)在(zai)(zai)(zai)多(duo)晶硅下(xia)的(de)衬底表面(mian)将开始出(chu)现(xian)一(yi)(yi)反型层。在(zai)(zai)(zai)这种条件(jian)下(xia)NMOS可(ke)看成一(yi)(yi)个(ge)(ge)二端器件(jian)，并(bing)且不同的(de)

栅压会(hui)产(chan)生厚度不一样的反型(xing)层，从而有不同的电(dian)容值。

(1)耗(hao)尽型区：栅压为(wei)一(yi)很(hen)负(fu)的(de)(de)(de)值，栅上的(de)(de)(de)负(fu)电(dian)压就(jiu)会把衬底中的(de)(de)(de)空穴(xue)吸引到氧化(hua)层(ceng)表面(mian)，即构成(cheng)了积(ji)累(lei)区，此时，由于只有积(ji)累(lei)区出现，而无(wu)反(fan)型层(ceng)，且积(ji)累(lei)层(ceng)的(de)(de)(de)厚度(du)很(hen)厚，因(yin)此积(ji)累(lei)层(ceng)的(de)(de)(de)电(dian)容(rong)(rong)可以忽略。故此时的(de)(de)(de)NMOS管(guan)可以看(kan)成(cheng)一(yi)个单位面(mian)积(ji)电(dian)容(rong)(rong)为(wei)Cox的(de)(de)(de)电(dian)容(rong)(rong)，其中

间介质则为栅氧。当VGS上升时，衬底表面的空穴浓度下降，积累层(ceng)厚度减小，则积累层(ceng)电容；增大，该电(dian)容与栅氧(yang)电(dian)容相串(chuan)联后使总(zong)电(dian)容减小(xiao)，直至VGs趋于(yu)0，积累层消失，当VGS略大于(yu)o时(shi)，在栅氧(yang)下产(chan)生了耗尽层，总(zong)电(dian)容最小(xiao)。

(2)弱(ruo)反(fan)型区：VGS继续上升，则在(zai)栅氧下(xia)面(mian)就产生(sheng)耗尽层，并开始出现反(fan)型层，该器件进入了(le)弱(ruo)反(fan)型区，在(zai)这种模式下(xia)，其电(dian)容(rong)由Cox与Cb串联而成，并随VGS的(de)增人，其电(dian)容(rong)量逐步增大。

(3)强(qiang)反型区：当VGS超(chao)过(guo)Vth，其(qi)二氧化硅表面则(ze)保持(chi)为一沟道，且其(qi)单位电容又(you)为Cox，图1.29显示了这些工(gong)作状态。

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