MOS管做電源設計或者做驅(qū)動方面的電路，難免要用到MOS管。MOS管有很多種類，也有很多作用。做電源或者驅(qū)動的使用，當然就是用它的開關(guān)作用。

 

01、MOSFET的擊穿有哪幾種？

 

Source、Drain、Gate

 

場效應管的三極：源級S、漏級D、柵級G

 

（這里不講柵極GOX擊穿了啊，只針對漏極電壓擊穿）

 

先講測試條件，都是源柵襯底都是接地，然后掃描漏極電壓，直至Drain端電流達到1uA。所以從器件結(jié)構(gòu)上看，它的漏電通道有三條：Drain到source、Drain到Bulk、Drain到Gate。

 

1） Drain-》Source穿通擊穿：

 

這個主要是Drain加反偏電壓后，使得Drain/Bulk的PN結(jié)耗盡區(qū)延展，當耗盡區(qū)碰到Source的時候，那源漏之間就不需要開啟就形成了 通路，所以叫做穿通（punch through）。那如何防止穿通呢？這就要回到二極管反偏特性了，耗盡區(qū)寬度除了與電壓有關(guān)，還與兩邊的摻雜濃度有關(guān)，濃度越高可以抑制耗盡區(qū)寬度延展，所以flow里面有個防穿通注入（APT：AnTI Punch Through），記住它要打和well同type的specis。當然實際遇到WAT的BV跑了而且確定是從Source端走了，可能還要看是否 PolyCD或者Spacer寬度，或者LDD_IMP問題了，那如何排除呢？這就要看你是否NMOS和PMOS都跑了？POLY CD可以通過Poly相關(guān)的WAT來驗證。對吧？

 

對于穿通擊穿，有以下一些特征：

 

（1）穿通擊穿的擊穿點軟，擊穿過程中，電流有逐步增大的特征，這是因為耗盡層擴展較寬，產(chǎn)生電流較大。另一方面，耗盡層展寬大容易發(fā)生DIBL效應，使源襯底結(jié)正偏出現(xiàn)電流逐步增大的特征。

 

（2）穿通擊穿的軟擊穿點發(fā)生在源漏的耗盡層相接時，此時源端的載流子注入到耗盡層中，

 

被耗盡層中的電場加速達到漏端，因此，穿通擊穿的電流也有急劇增大點，這個電流的急劇增大和雪崩擊穿時電流急劇增大不同，這時的電流相當于源襯底PN結(jié)正向?qū)〞r的電流，而雪崩擊穿時的電流主要為PN結(jié)反向擊穿時的雪崩電流，如不作限流，雪崩擊穿的電流要大。

 

（3）穿通擊穿一般不會出現(xiàn)破壞性擊穿。因為穿通擊穿場強沒有達到雪崩擊穿的場強，不會產(chǎn)生大量電子空穴對。

 

（4）穿通擊穿一般發(fā)生在溝道體內(nèi)，溝道表面不容易發(fā)生穿通，這主要是由于溝道注入使表面濃度比濃度大造成，所以，對NMOS管一般都有防穿通注入。

 

（5）一般的，鳥嘴邊緣的濃度比溝道中間濃度大，所以穿通擊穿一般發(fā)生在溝道中間。

 

（6）多晶柵長度對穿通擊穿是有影響的，隨著柵長度增加，擊穿增大。而對雪崩擊穿，嚴格來說也有影響，但是沒有那么顯著。

 

2） Drain-》Bulk雪崩擊穿：

 

這就單純是PN結(jié)雪崩擊穿了（**alanche Breakdown），主要是漏極反偏電壓下使得PN結(jié)耗盡區(qū)展寬，則反偏電場加在了PN結(jié)反偏上面，使得電子加速撞擊晶格產(chǎn)生新的電子空穴對 （Electron-Hole pair），然后電子繼續(xù)撞擊，如此雪崩倍增下去導致?lián)舸?，所以這種擊穿的電流幾乎快速增大，I-V curve幾乎垂直上去，很容燒毀的。（這點和源漏穿通擊穿不一樣）

 

那如何改善這個juncTIon BV呢？所以主要還是從PN結(jié)本身特性講起，肯定要降低耗盡區(qū)電場，防止碰撞產(chǎn)生電子空穴對，降低電壓肯定不行，那就只能增加耗盡區(qū)寬度了，所以要改變 doping profile了，這就是為什么突變結(jié)（Abrupt juncTIon）的擊穿電壓比緩變結(jié)（Graded JuncTIon）的低。這就是學以致用，別人云亦云啊。

 

當然除了doping profile，還有就是doping濃度，濃度越大，耗盡區(qū)寬度越窄，所以電場強度越強，那肯定就降低擊穿電壓了。而且還有個規(guī)律是擊穿電壓通常是由低 濃度的那邊濃度影響更大，因為那邊的耗盡區(qū)寬度大。公式是BV=K*（1/Na+1/Nb），從公式里也可以看出Na和Nb濃度如果差10倍，幾乎其中一 個就可以忽略了。

 

那實際的process如果發(fā)現(xiàn)BV變小，并且確認是從junction走的，那好好查查你的Source/Drain implant了

 

3） Drain-》Gate擊穿：

 

這個主要是Drain和Gate之間的Overlap導致的柵極氧化層擊穿，這個有點類似GOX擊穿了，當然它更像 Poly finger的GOX擊穿了，所以他可能更care poly profile以及sidewall damage了。當然這個Overlap還有個問題就是GIDL，這個也會貢獻Leakage使得BV降低。

 

上面講的就是MOSFET的擊穿的三個通道，通常BV的case以前兩種居多。

 

上面講的都是Off-state下的擊穿，也就是Gate為0V的時候，但是有的時候Gate開啟下Drain加電壓過高也會導致?lián)舸┑?，我們稱之為 On-state擊穿。這種情況尤其喜歡發(fā)生在Gate較低電壓時，或者管子剛剛開啟時，而且?guī)缀醵际荖MOS。所以我們通常WAT也會測試BVON。

 

02、如何處理MOS管小電流發(fā)熱嚴重情況？

 

MOS管，做電源設計，或者做驅(qū)動方面的電路，難免要用到MOS管。MOS管有很多種類，也有很多作用。做電源或者驅(qū)動的使用，當然就是用它的開關(guān)作用。

 

無論N型或者P型MOS管，其工作原理本質(zhì)是一樣的。MOS管是由加在輸入端柵極的電壓來控制輸出端漏極的電流。MOS管是壓控器件它通過加在柵極上的電壓控制器件的特性，不會發(fā)生像三極管做開關(guān)時的因基極電流引起的電荷存儲效應，因此在開關(guān)應用中，MOS管的開關(guān)速度應該比三極管快。

 

我們經(jīng)?？碝OS管的PDF參數(shù)，MOS管制造商采用RDS（ON）參數(shù)來定義導通阻抗，對開關(guān)應用來說，RDS（ON）也是最重要的器件特性。數(shù)據(jù)手冊定義RDS（ON）與柵極（或驅(qū)動）電壓VGS以及流經(jīng)開關(guān)的電流有關(guān)，但對于充分的柵極驅(qū)動，RDS（ON）是一個相對靜態(tài)參數(shù)。一直處于導通的MOS管很容易發(fā)熱。另外，慢慢升高的結(jié)溫也會導致RDS（ON）的增加。MOS管數(shù)據(jù)手冊規(guī)定了熱阻抗參數(shù)，其定義為MOS管封裝的半導體結(jié)散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結(jié)到管殼的熱阻抗。

 

03、mos管小電流發(fā)熱的原因

 

1、電路設計的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關(guān)狀態(tài)。這也是導致MOS管發(fā)熱的一個原因。如果N-MOS做開關(guān)，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤。

 

2、頻率太高，主要是有時過分追求體積，導致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了。

 

3、沒有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴重，需要足夠的輔助散熱片。

 

4、MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒有充分考慮，導致開關(guān)阻抗增大。

 

04、mos管小電流發(fā)熱嚴重怎么解決

 

1）做好MOS管的散熱設計，添加足夠多的輔助散熱片。

 

2）貼散熱膠。

 

05、MOS管為什么可以防止電源反接？

 

電源反接，會給電路造成損壞，不過，電源反接是不可避免的。所以，我們就需要給電路中加入保護電路，達到即使接反電源，也不會損壞的目的。

 

一般可以使用在電源的正極串入一個二極管解決，不過，由于二極管有壓降，會給電路造成不必要的損耗，尤其是電池供電場合，本來電池電壓就3.7V，你就用二極管降了0.6V，使得電池使用時間大減。

 

MOS管防反接，好處就是壓降小，小到幾乎可以忽略不計?，F(xiàn)在的MOS管可以做到幾個毫歐的內(nèi)阻，假設是6.5毫歐，通過的電流為1A（這個電流已經(jīng)很大了），在他上面的壓降只有6.5毫伏。

 

由于MOS管越來越便宜，所以人們逐漸開始使用MOS管防電源反接了。

 

NMOS管防止電源反接電路：