MOS管GS击穿

静(jing)电击(ji)(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)(chuan)是指击(ji)(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)(chuan)MOS管(guan)G极的那层(ceng)绝缘层(ceng)吗？击(ji)(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)(chuan)就(jiu)一定短路了吗？JFET管(guan)静(jing)电击(ji)(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)(chuan)又是怎(zen)么回事？

MOS管一个ESD敏感(gan)器件(jian)，它(ta)本身的(de)输(shu)入电(dian)(dian)(dian)阻很高，而(er)栅-源极间(jian)电(dian)(dian)(dian)容又(you)非常小，所以极易受外界电(dian)(dian)(dian)磁场或(huo)静电(dian)(dian)(dian)的(de)感(gan)应而(er)带电(dian)(dian)(dian)(少量电(dian)(dian)(dian)荷就可能在极间(jian)电(dian)(dian)(dian)容上形成相当(dang)高的(de)电(dian)(dian)(dian)压(想想U=Q/C)将管子(zi)损坏)，又(you)因(yin)在静电(dian)(dian)(dian)较(jiao)强的(de)场合难于泄放(fang)电(dian)(dian)(dian)荷，容易引起静电(dian)(dian)(dian)击穿。

MOS管静电击穿有两种方式：

一是电压型，即栅极的(de)薄(bo)氧(yang)化层发(fa)生击穿，形成针孔，使栅极和源极间(jian)短路，或(huo)者使栅极和漏极间(jian)短路；

二是(shi)(shi)功率型(xing)，即金属化(hua)薄(bo)膜铝条被熔断(duan)，造成栅极(ji)开(kai)路或者(zhe)是(shi)(shi)源极(ji)开(kai)路。MOS管GS击(ji)穿(chuan)JFET管和MOS管一样，有很高(gao)的输(shu)入(ru)电阻，只是(shi)(shi)MOS管的输(shu)入(ru)电阻更高(gao)。

静电(dian)放(fang)电(dian)形成(cheng)的(de)是短时大电(dian)流，放(fang)电(dian)脉冲的(de)时间常数远小于器件(jian)散热(re)的(de)时间常数。因此，当静电(dian)放(fang)电(dian)电(dian)流通过面积(ji)很小的(de)pn结(jie)或肖特基结(jie)时，将产(chan)生(sheng)很大的(de)瞬间功(gong)(gong)率密度(du)，形成(cheng)局部过热(re)，有可(ke)能使局部结(jie)温(wen)达到甚(shen)至超过材料的(de)本征(zheng)温(wen)度(du)(如硅的(de)熔点1415℃)，使结(jie)区局部或多处熔化导致pn结(jie)短路(lu)，器件(jian)彻底失(shi)效(xiao)。这种失(shi)效(xiao)的(de)发生(sheng)与(yu)否，主要(yao)取决于器件(jian)内部区域(yu)的(de)功(gong)(gong)率密度(du)，功(gong)(gong)率密度(du)越(yue)小，说明器件(jian)越(yue)不易受(shou)到损伤。

反(fan)偏(pian)pn结(jie)(jie)(jie)(jie)比(bi)正偏(pian)pn结(jie)(jie)(jie)(jie)更(geng)(geng)容易发生(sheng)热致失(shi)效，在反(fan)偏(pian)条件(jian)下使结(jie)(jie)(jie)(jie)损坏所需(xu)要(yao)的(de)(de)(de)(de)能量只有(you)正偏(pian)条件(jian)下的(de)(de)(de)(de)十分之(zhi)一左右。这(zhei)是因为反(fan)偏(pian)时，大部分功率消耗(hao)在结(jie)(jie)(jie)(jie)区中心，而(er)正偏(pian)时，则多消耗(hao)在结(jie)(jie)(jie)(jie)区外的(de)(de)(de)(de)体电阻上。对于(yu)双(shuang)极器件(jian)，通(tong)常(chang)发射结(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)面积(ji)比(bi)其它结(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)面积(ji)都小，而(er)且结(jie)(jie)(jie)(jie)面也比(bi)其它结(jie)(jie)(jie)(jie)更(geng)(geng)靠近表面，所以常(chang)常(chang)观察到的(de)(de)(de)(de)是发射结(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)退化。此(ci)外，击(ji)穿电压高于(yu)100V或(huo)漏电流小于(yu)1nA的(de)(de)(de)(de)pn结(jie)(jie)(jie)(jie)(如JFET的(de)(de)(de)(de)栅结(jie)(jie)(jie)(jie))，比(bi)类似尺寸(cun)的(de)(de)(de)(de)常(chang)规pn结(jie)(jie)(jie)(jie)对静电放电更(geng)(geng)加敏感(gan)。

所有的(de)(de)(de)东西是(shi)相(xiang)对的(de)(de)(de)，不(bu)是(shi)绝(jue)对的(de)(de)(de)，MOS管(guan)GS击穿MOS管(guan)只(zhi)是(shi)相(xiang)对其(qi)它的(de)(de)(de)器件要敏感些，ESD有一(yi)个很(hen)大的(de)(de)(de)特点就是(shi)随机性(xing)，并不(bu)是(shi)没有碰到MOS管(guan)都(dou)能够把(ba)它击穿。另外，就算是(shi)产(chan)生ESD，也不(bu)一(yi)定会把(ba)管(guan)子击穿。

静电的基本物理特征为：

(1)有吸(xi)引或(huo)排斥的力量；

(2)有电场存(cun)在(zai)，与(yu)大地有电位差；

(3)会产生放电电流(liu)。

这三种情形即ESD一般会对电子元件造成以下三种情形的影响：

(1)元件吸附灰尘(chen)，改(gai)变(bian)线路间(jian)的阻抗，影(ying)响元件的功能和寿命(ming)；

(2)因电(dian)(dian)场(chang)或(huo)电(dian)(dian)流破(po)坏元(yuan)件(jian)绝(jue)缘层和导体，使(shi)元(yuan)件(jian)不能工作(完全破(po)坏)；

(3)因瞬间的电(dian)(dian)场软击穿或(huo)电(dian)(dian)流产生过热(re)，使(shi)元件受(shou)(shou)伤，虽然仍能工作，但是(shi)寿命(ming)受(shou)(shou)损。

所以(yi)ESD对(dui)MOS管的(de)损(sun)(sun)坏(huai)可(ke)能是一，三(san)两种(zhong)(zhong)(zhong)情(qing)(qing)(qing)况，并不(bu)一定每(mei)次都是第二种(zhong)(zhong)(zhong)情(qing)(qing)(qing)况。 上述这三(san)种(zhong)(zhong)(zhong)情(qing)(qing)(qing)况中，如果(guo)元(yuan)件(jian)完全破坏(huai)，必能在(zai)生(sheng)产及品(pin)质测试中被(bei)察觉(jue)而排除，影响较少(shao)。如果(guo)元(yuan)件(jian)轻微受损(sun)(sun)，在(zai)正常测试中不(bu)易(yi)被(bei)发现，在(zai)这种(zhong)(zhong)(zhong)情(qing)(qing)(qing)形(xing)下，常会因经过多次加工，甚至已(yi)在(zai)使用时，才被(bei)发现破坏(huai)，不(bu)但检查不(bu)易(yi)，而且损(sun)(sun)失亦难以(yi)预测。静电对(dui)电子元(yuan)件(jian)产生(sheng)的(de)危害不(bu)亚于严重火灾和爆(bao)炸事故的(de)损(sun)(sun)失。

电(dian)(dian)子元(yuan)件(jian)(jian)及产(chan)(chan)品在什么(me)情况下(xia)会遭受(shou)静(jing)(jing)电(dian)(dian)破坏(huai)(huai)(huai)?可以(yi)这么(me)说：电(dian)(dian)子产(chan)(chan)品从生(sheng)产(chan)(chan)到使用(yong)的(de)全过(guo)(guo)程都(dou)遭受(shou)静(jing)(jing)电(dian)(dian)破坏(huai)(huai)(huai)的(de)威胁。从器件(jian)(jian)制造(zao)到插(cha)件(jian)(jian)装焊、整机装联(lian)、包(bao)装运输(shu)直至产(chan)(chan)品应(ying)用(yong)，都(dou)在静(jing)(jing)电(dian)(dian)的(de)威胁之(zhi)下(xia)。在整个电(dian)(dian)子产(chan)(chan)品生(sheng)产(chan)(chan)过(guo)(guo)程中，每一(yi)(yi)个阶段(duan)中的(de)每一(yi)(yi)个小(xiao)步(bu)骤，静(jing)(jing)电(dian)(dian)敏感元(yuan)件(jian)(jian)都(dou)可能遭受(shou)静(jing)(jing)电(dian)(dian)的(de)影响(xiang)或受(shou)到破坏(huai)(huai)(huai)，而实际上最主要而又容(rong)易疏忽的(de)一(yi)(yi)点却是在元(yuan)件(jian)(jian)的(de)传送(song)与运输(shu)的(de)过(guo)(guo)程。在这个过(guo)(guo)程中，运输(shu)因移动(dong)容(rong)易暴(bao)露在外界电(dian)(dian)场(如经过(guo)(guo)高压设备附(fu)近、工人移动(dong)频繁、车辆迅速移动(dong)等)产(chan)(chan)生(sheng)静(jing)(jing)电(dian)(dian)而受(shou)到破坏(huai)(huai)(huai)，所以(yi)传送(song)与运输(shu)过(guo)(guo)程需(xu)要特别注意，以(yi)减少损失，避免无所谓的(de)纠纷。防护的(de)话加(jia)齐纳(na)稳压管保护。

现(xian)(xian)在的(de)mos管没有(you)那(nei)么容易被(bei)击(ji)穿，MOS管GS击(ji)穿尤其是(shi)(shi)是(shi)(shi)大功率的(de)vmos,主要是(shi)(shi)不(bu)少都有(you)二(er)极(ji)管保(bao)护(hu)。vmos栅(zha)极(ji)电容大，感应(ying)不(bu)出高压。与干燥(zao)的(de)北方(fang)不(bu)同，南方(fang)潮湿不(bu)易产(chan)生静电。还(hai)有(you)就是(shi)(shi)现(xian)(xian)在大多数CMOS器件内部已经增加了IO口保(bao)护(hu)。但用手直接(jie)接(jie)触CMOS器件管脚不(bu)是(shi)(shi)好习惯。至少使管脚可焊性变差。

MOS管被击穿的原因及解决方案

第一、MOS管(guan)本身的输入电(dian)阻很高(gao)，而(er)栅源极(ji)间电(dian)容(rong)(rong)又非常小，所以极(ji)易(yi)受(shou)外界(jie)电(dian)磁场或静(jing)电(dian)的感应而(er)带(dai)电(dian)，而(er)少量电(dian)荷就可在(zai)极(ji)间电(dian)容(rong)(rong)上形成(cheng)相(xiang)当高(gao)的电(dian)压(U=Q/C)，将管(guan)子损坏。虽然MOS输入端有抗静(jing)电(dian)的保护措施，但仍需小心对(dui)(dui)待，在(zai)存储和运输中最(zui)(zui)好(hao)用金属容(rong)(rong)器或者导电(dian)材料包装(zhuang)(zhuang)，不要(yao)放在(zai)易(yi)产生静(jing)电(dian)高(gao)压的化工(gong)材料或化纤(xian)织物中。组装(zhuang)(zhuang)、调试(shi)时(shi)，工(gong)具、仪表、工(gong)作台等均(jun)应良好(hao)接(jie)(jie)地(di)(di)。要(yao)防止(zhi)操作人(ren)员的静(jing)电(dian)干扰造(zao)成(cheng)的损坏，如不宜穿尼龙、化纤(xian)衣(yi)服(fu)，手或工(gong)具在(zai)接(jie)(jie)触(chu)集成(cheng)块前最(zui)(zui)好(hao)先(xian)接(jie)(jie)一下地(di)(di)。对(dui)(dui)器件引(yin)线矫直弯(wan)曲或人(ren)工(gong)焊(han)接(jie)(jie)时(shi)，使(shi)用的设备必须良好(hao)接(jie)(jie)地(di)(di)。

第二、MOS电(dian)路输(shu)入端的(de)(de)(de)保(bao)护(hu)二极管，其(qi)导通时电(dian)流容(rong)限(xian)一(yi)般为1mA，在可(ke)能出现过(guo)大瞬(shun)(shun)态输(shu)入电(dian)流(超过(guo)10mA)时，应串接输(shu)入保(bao)护(hu)电(dian)阻(zu)(zu)。因此(ci)应用时可(ke)选择一(yi)个内部有保(bao)护(hu)电(dian)阻(zu)(zu)的(de)(de)(de)MOS管应。还(hai)有由(you)于(yu)保(bao)护(hu)电(dian)路吸收的(de)(de)(de)瞬(shun)(shun)间能量有限(xian)，太大的(de)(de)(de)瞬(shun)(shun)间信号和过(guo)高的(de)(de)(de)静电(dian)电(dian)压将使保(bao)护(hu)电(dian)路失去作用。所以焊(han)接时电(dian)烙铁必(bi)须可(ke)靠接地，以防(fang)漏电(dian)击穿器件输(shu)入端，一(yi)般使用时，可(ke)断电(dian)后(hou)利用电(dian)烙铁的(de)(de)(de)余热进行焊(han)接，并先焊(han)其(qi)接地管脚。

MOS是电(dian)(dian)(dian)压驱动(dong)元件，对电(dian)(dian)(dian)压很(hen)敏感，悬空的(de)(de)(de)(de)G很(hen)容易(yi)接(jie)受(shou)外部(bu)干(gan)(gan)扰使(shi)(shi)MOS导(dao)通，外部(bu)干(gan)(gan)扰信号对G-S结电(dian)(dian)(dian)容充电(dian)(dian)(dian)，这(zhei)个微小的(de)(de)(de)(de) 电(dian)(dian)(dian)荷可(ke)以(yi)储存很(hen)长时间。在试验(yan)中G悬空很(hen)危险，很(hen)多(duo)就(jiu)(jiu)因为这(zhei)样(yang)爆(bao)管(guan)(guan)，G接(jie)个下(xia)拉电(dian)(dian)(dian)阻对地(di)，旁(pang)路干(gan)(gan)扰信号就(jiu)(jiu)不(bu)会直通了，一般可(ke)以(yi)10~20K。这(zhei)个电(dian)(dian)(dian)阻称为栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)阻，作用(yong)(yong)(yong)1：为场效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)提供偏置电(dian)(dian)(dian)压;作用(yong)(yong)(yong)2：起(qi)到泻(xie)放(fang)电(dian)(dian)(dian)阻的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)(保护(hu)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)G~源极(ji)(ji)(ji)(ji)S)。第一个作用(yong)(yong)(yong)好(hao)理解(jie)(jie)，这(zhei)里解(jie)(jie)释一下(xia)第二(er)个作用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)原理：保护(hu)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)G~源极(ji)(ji)(ji)(ji)S：场效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)G-S极(ji)(ji)(ji)(ji)间的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)阻值是很(hen)大的(de)(de)(de)(de)，这(zhei)样(yang)只(zhi)要有少(shao)量(liang)的(de)(de)(de)(de)静电(dian)(dian)(dian)就(jiu)(jiu)能(neng)(neng)使(shi)(shi)他的(de)(de)(de)(de)G-S极(ji)(ji)(ji)(ji)间的(de)(de)(de)(de)等(deng)效(xiao)(xiao)电(dian)(dian)(dian)容两端产生(sheng)很(hen)高(gao)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压，如果不(bu)及(ji)时把这(zhei)些少(shao)量(liang)的(de)(de)(de)(de)静电(dian)(dian)(dian)泻(xie)放(fang)掉，他两端的(de)(de)(de)(de)高(gao)压就(jiu)(jiu)有可(ke)能(neng)(neng)使(shi)(shi)场效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)产生(sheng)误动(dong)作，甚至有可(ke)能(neng)(neng)击穿(chuan)其G-S极(ji)(ji)(ji)(ji);这(zhei)时栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)与源极(ji)(ji)(ji)(ji)之间加(jia)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)阻就(jiu)(jiu)能(neng)(neng)把上述(shu)的(de)(de)(de)(de)静电(dian)(dian)(dian)泻(xie)放(fang)掉，从而起(qi)到了保护(hu)场效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)。

MOS管GS之间并联电阻作用

在MOS管的(de)驱动电(dian)路里,某些场(chang)合(he)下,会看到(dao)这个(ge)电(dian)阻(zu),在某些场(chang)合(he)中,又没有(you)(you)这个(ge)电(dian)阻(zu).这个(ge)电(dian)阻(zu)的(de)值比较常见的(de)为5k,10k.但(dan)是(shi)这个(ge)电(dian)阻(zu)有(you)(you)什么用呢?  

在分析这个问题之间,可(ke)以做(zuo)一个简单的实(shi)验(yan):

找一(yi)个mos管(guan),MOS管(guan)GS击穿让它的G悬空,然后在(zai)DS上加(jia)电压,结果是怎样?结果是在(zai)输入电压才几十(shi)V的时候,管(guan)子(zi)就烧掉了,因为管(guan)子(zi)导通了.  

为(wei)什(shen)么(me)mos管在(zai)没(mei)有(you)加(jia)驱(qu)动信(xin)号（比(bi)如驱(qu)动芯片在(zai)没(mei)启动或者损坏的(de)情况下(xia)芯片驱(qu)动脚(jiao)为(wei)高阻态(tai)）的(de)前提下(xia)会导通,那是因为(wei)管子(zi)的(de)DG,GS之间分别有(you)结电(dian)(dian)容,Cdg和Cgs.所以加(jia)在(zai)DS之间电(dian)(dian)压(ya)会通过Cdg给(ji)Cgs充电(dian)(dian),这样G极(ji)的(de)电(dian)(dian)压(ya)就会抬(tai)高直到mos管导通.  

所(suo)以(yi)在驱(qu)动电(dian)(dian)路没(mei)(mei)有工作,而且(qie)没(mei)(mei)有放电(dian)(dian)回路的时候(hou),mos管(guan)很容易被击穿.假如采用(yong)变(bian)压器驱(qu)动,变(bian)压器绕组可(ke)以(yi)起到(dao)放电(dian)(dian)作用(yong),所(suo)以(yi)即使不加GS电(dian)(dian)阻,在驱(qu)动没(mei)(mei)有的情况(kuang)下,管(guan)子(zi)也(ye)不会自己导通 。

总结

1、防(fang)静电损坏(huai)MOS（看到个理由是这么说的：由于结电容比较(jiao)(jiao)小根据(ju)公式U=Q/C，所以较(jiao)(jiao)小的Q也会导致较(jiao)(jiao)大的电压(ya)，导致mos管(guan)坏(huai)掉）

2、提(ti)供固定(ding)偏(pian)置，在前级电(dian)(dian)路(lu)开(kai)路(lu)时(shi)，这个较(jiao)小的(de)电(dian)(dian)阻可以保证(zheng)MOS有效(xiao)(xiao)的(de)关(guan)(guan)断(duan)（理由：G极开(kai)路(lu)，当电(dian)(dian)压加在DS端时(shi)候，会(hui)对Cgd充(chong)电(dian)(dian)，导(dao)致G极电(dian)(dian)压升高，不能(neng)有效(xiao)(xiao)关(guan)(guan)断(duan)）

3、下面还有就(jiu)是(shi)对电(dian)阻大小的(de)解释，如果太(tai)小了，驱动(dong)电(dian)流就(jiu)会大，驱动(dong)功率增加(jia)；如果太(tai)大，MOS的(de)关断时间会增大；

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