MOS参数详解

源测量单元SMU

一种精确供电设备
SMU是一种精确供电设备，它不仅可以提供测量分辨率小于1mV的电压源，还可以提供测量分辨率低于1uA的电流源

MOS各个参数详解

1. 极限参数:

ID:最大漏源电流.是指场效应管正常工作时,漏源间所允许通过的最大电流.场效应管的工作电流不应超过 ID .此参数会随结温度的上升而有所减额.
IDM: 最大脉冲漏源电流.体现一个抗冲击能力，跟脉冲时间也有关系，此参数会随结温度的上升而有所减额.
PD: 最大耗散功率.是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率.使用时,场效应管实际功耗应小于 PDSM 并留有一定余量.此参数一般会随结温度的上升而有所减额.（此参数靠不住）
VGS: 最大栅源电压.，一般为：-20V~+20V
Tj: 最大工作结温.通常为 150 ℃或 175 ℃ ,器件设计的工作条件下须确应避免超过这个温度,并留有一定裕量. （此参数靠不住）
TSTG: 存储温度范围

2. 静态参数

V(BR)DSS : 漏源击穿电压.是指栅源电压 VGS 为 0 时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必须小于 V(BR)DSS 。它具有正温度特性.故应以此参数在低温条件下的值作为安全考虑， 加负压更好。
△V(BR)DSS/ △ Tj : 漏源击穿电压的温度系数，一般为 0.1V/ ℃。
RDS(on) : 在特定的 VGS (一般为 10V )、结温及漏极电流的条件下， MOSFET 导通时漏源间的最大阻抗。它是一个非常重要的参数,决定了 MOSFET 导通时的消耗功率.此参数一般会随结温度的上升而有所增大（正温度特性）。 故应以此参数在最高工作结温条件下的值作为损耗及压降计算。
VGS(th) : 开启电压(阀值电压)。当外加栅极控制电压 VGS超过 VGS(th) 时,漏区和源区的表面反型层形成了连接的沟道。应用中，常将漏极短接条件下 ID 等于 1 毫安时的栅极电压称为开启电压。此参数一般会随结温度的上升而有所降低。
IDSS : 饱和漏源电流,栅极电压 VGS=0 、 VDS 为一定值时的漏源电流.一般在微安级。
IGSS : 栅源驱动电流或反向电流。由于 MOSFET 输入阻抗很大，IGSS 一般在纳安级。

3. 动态参数

gfs : 跨导，是指漏极输出电流的变化量与栅源电压变化量之比，是栅源电压对漏极电流控制能力大小的量度。gfs 与 VGS 的转移关系图如下图所示。
Qgs: 栅源充电电量。
Qg : 栅极总充电电量。MOSFET 是电压型驱动器件，驱动的过程就是栅极电压的建立过程，这是通过对栅源及栅漏之间的电容充电来实现的，下面将有此方面的详细论述。
Qgd : 栅漏充电(考虑到 Miller 效应)电量。
Td(on) : 导通延迟时间.从有输入电压上升到 10% 开始到 VDS 下降到其幅值90% 的时间 ( 参考图 4)。
Tr : 上升时间。输出电压 VDS 从 90% 下降到其幅值 10% 的时间。
Td(off) : 关断延迟时间。输入电压下降到 90% 开始到 VDS 上升到其关断电压时 10% 的时间。
Tf : 下降时间。输出电压 VDS 从 10% 上升到其幅值 90% 的时间( 参考图 4)。
Ciss: 输入电容,Ciss= CGD + CGS ( CDS 短路)。
Coss : 输出电容. Coss = CDS +CGD 。
Crss : 反向传输电容. Crss = CGD 。

最后三个公式非常重要

4. 雪崩击穿特性参数

这些参数是 MOSFET 在关断状态能承受过压能力的指标.如果电压超过漏源极限电压将导致器件处在雪崩状态.
EAS :单次脉冲雪崩击穿能量.这是个极限参数,说明 MOSFET 所能承受的最大雪崩击穿能量.
IAR :雪崩电流.
EAR :重复雪崩击穿能量.

5. 热阻

结点到外壳的热阻.它表明当耗散一个给定的功率时,结温与外壳温度之间的差值大小.公式表达⊿ t = PD* .
外壳到散热器的热阻,意义同上.
结点到周围环境的热阻,意义同上.

6. 体内二极管参数

IS :连续最大续流电流(从源极).
ISM :脉冲最大续流电流(从源极).
VSD :正向导通压降.
Trr :反向恢复时间.
Qrr :反向恢复充电电量.
Ton :正向导通时间.(基本可以忽略不计).

7.一些其他的参数：

Iar: 雪崩电流
Ear: 重复雪崩击穿能量
Eas: 单次脉冲雪崩击穿能量
di/dt—电流上升率（外电路参数）
dv/dt—电压上升率（外电路参数）
ID(on)—通态漏极电流
IDQ—静态漏极电流（射频功率管）
IDS—漏源电流
IDSM—最大漏源电流
IDSS—栅-源短路时，漏极电流
IDS(sat)—沟道饱和电流（漏源饱和电流）
IG—栅极电流（直流）
IGF—正向栅电流
IGR—反向栅电流
IGDO—源极开路时，截止栅电流
IGSO—漏极开路时，截止栅电流
IGM—栅极脉冲电流
IGP—栅极峰值电流
IF—二极管正向电流
IGSS—漏极短路时截止栅电流
IDSS1—对管第一管漏源饱和电流
IDSS2—对管第二管漏源饱和电流
Iu—衬底电流
Ipr—电流脉冲峰值（外电路参数）
gfs—正向跨导
Gp—功率增益
Gps—共源极中和高频功率增益
GpG—共栅极中和高频功率增益
GPD—共漏极中和高频功率增益
ggd—栅漏电导
gds—漏源电导
K—失调电压温度系数
Ku—传输系数
L—负载电感（外电路参数）
LD—漏极电感
Ls—源极电感
rDS—漏源电阻
rDS(on)—漏源通态电阻
rDS(of)—漏源断态电阻
rGD—栅漏电阻
rGS—栅源电阻
Rg—栅极外接电阻（外电路参数）
RL—负载电阻（外电路参数）
R(th)jc—结壳热阻
R(th)ja—结环热阻
PD—漏极耗散功率
PDM—漏极最大允许耗散功率
PIN–输入功率
POUT—输出功率
PPK—脉冲功率峰值（外电路参数）
Tj—结温
Tjm—最大允许结温
Ta—环境温度
Tc—管壳温度
Tstg—贮成温度
VGSF–正向栅源电压（直流）
VGSR—反向栅源电压（直流）
VDD—漏极（直流）电源电压（外电路参数）
VGG—栅极（直流）电源电压（外电路参数）
Vss—源极（直流）电源电压（外电路参数）
V（BR）GSS—漏源短路时栅源击穿电压
VDS(on)—漏源通态电压
VDS(sat)—漏源饱和电压
VGD—栅漏电压（直流）
Vsu—源衬底电压（直流）
VDu—漏衬底电压（直流）
VGu—栅衬底电压（直流）
Zo—驱动源内阻
η—漏极效率（射频功率管）
Vn—噪声电压
aID—漏极电流温度系数
ards—漏源电阻温度系数

在应用中需要考虑的特征

1、 V ( BR ) DSS 的正温度系数特性。

这一有异于双极型器件的特性使得其在正常工作温度升高后变得更可靠.但也需要留意其在低温冷启机时的可靠性.

2、 V ( GS) th 的负温度系数特性。

栅极门槛电位随着结温的升高会有一定的减小.一些辐射也会使得此门槛电位减小,甚至可能低于 0 电位.这一特性需要工程师注意MOSFET 在此些情况下的干扰误触发,尤其是低门槛电位的MOSFET 应用.因这一特性,有时需要将栅极驱动的关闭电位设计成负值(指 N 型, P 型类推)以避免干扰误触发.阈值电压是负温度系数。 辐射环境下，阈值电压会迅速降为0，为了在辐射环境下关断MOS，需在GS加反压。MOS的开关速度（即斜率）和温度毫无关系，但导通（0V到Vgsth的时间叫导通延时）和关断延时与温度有关，温度越高，时间越短。

3、VDSon/RDSon 的正温度系数特性。
VDSon/RDSon 随着结温的升高而略有增大的特性使得 MOSFET 的直接并联使用变得可能.双极型器件在此方面恰好相反,故其并联使用变得相当复杂化. RDSon 也会随着 ID 的增大而略有增大,这一特性以及结和面 RDSon 正温度特性使得 MOSFET 避免了象双极型器件那样的二次击穿. 额定电压高的MOS有更高的RDS正温度特性。
但要注意此特性效果相当有限,在并联使用、推挽使用或其它应用时不可完全依赖此特性的自我调节,仍需要一些根本措施.
这一特性也说明了导通损耗会在高温时变得更大.故在损耗计算时应特别留意参数的选择.

4、 ID 的负温度系数特性
ID 会随着结温度升高而有相当大的减额.这一特性使得在设计时往往需要考虑的是其在高温时的 ID 参数.

5、雪崩能力 IER/EAS 的负温度系数特性。
结温度升高后,虽然会使得 MOSFET 具有更大的V ( BR ) DSS ,但是要注意 EAS 会有相当大的减额.也就是说高温条件下其承受雪崩的能力相对于常温而言要弱很多.

6、 MOSFET的体内寄生二极管导通能力及反向恢复表现并不比普通二极管好。
在设计中并不期望利用其作为回路主要的电流载体.往往会串接阻拦二极管使体内寄生二极管无效,并通过额外并联二极管构成回路电流载体.但在同步整流等短时间导通或一些小电流要求的情况下是可以考虑将其作为载体的.

7、 漏极电位的快速上升有可能会发生栅极驱动的假触发现象 (spurious-trigger) 。
故在很大的 dVDS/dt 应用场合(高频快速开关电路)需要考虑这方面的可能性.
Rth(j-c)与PD的关系,Tc(环境温度)=Tj-Rth(j-c)*PD

反过来可以推出,环境每上升一度,PD下降数值.(此参数靠不住)

主要参数

1.开启电压VT
·开启电压（又称阈值电压）：使得源极S和漏极D之间开始形成导电沟道所需的栅极电压；
·标准的N沟道MOS管，VT约为3～6V；
·通过工艺上的改进，可以使MOS管的VT值降到2～3V。

2. 直流输入电阻RGS
   ·即在栅源极之间加的电压与栅极电流之比
   ·这一特性有时以流过栅极的栅流表示
   ·MOS管的RGS可以很容易地超过1010Ω。

3. 漏源击穿电压BVDS
   ·在VGS=0（增强型）的条件下，在增加漏源电压过程中使ID开始剧增时的VDS称为漏源击穿电压BVDS

·ID剧增的原因有下列两个方面：
（1）漏极附近耗尽层的雪崩击穿
（2）漏源极间的穿通击穿
·有些MOS管中，其沟道长度较短，不断增加VDS会使漏区的耗尽层一直扩展到源区，使沟道长度为零，即产生漏源间的穿通，穿通后，源区中的多数载流子，将直接受耗尽层电场的吸引，到达漏区，产生大的ID

4. 栅源击穿电压BVGS
   ·在增加栅源电压过程中，使栅极电流IG由零开始剧增时的VGS，称为栅源击穿电压BVGS。

5. 低频跨导gm
   ·在VDS为某一固定数值的条件下，漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压微变量之比称为跨导
   ·gm反映了栅源电压对漏极电流的控制能力
   ·是表征MOS管放大能力的一个重要参数
   ·一般在十分之几至几mA/V的范围内

6. 导通电阻RON
   ·导通电阻RON说明了VDS对ID的影响，是漏极特性某一点切线的斜率的倒数
   ·在饱和区，ID几乎不随VDS改变，RON的数值很大，一般在几十千欧到几百千欧之间
   ·由于在数字电路中，MOS管导通时经常工作在VDS=0的状态下，所以这时的导通电阻RON可用原点的RON来近似
   ·对一般的MOS管而言，RON的数值在几百欧以内

7. 极间电容
   ·三个电极之间都存在着极间电容：栅源电容CGS 、栅漏电容CGD和漏源电容CDS
   ·CGS和CGD约为1～3pF
   ·CDS约在0.1～1pF之间

8. 低频噪声系数NF
   ·噪声是由管子内部载流子运动的不规则性所引起的
   ·由于它的存在，就使一个放大器即便在没有信号输人时，在输出端也出现不规则的电压或电流变化
   ·噪声性能的大小通常用噪声系数NF来表示，它的单位为分贝（dB）
   ·这个数值越小，代表管子所产生的噪声越小
   ·低频噪声系数是在低频范围内测出的噪声系数
   ·场效应管的噪声系数约为几个分贝，它比双极性三极管的要小