MOSFET的电性能相关参数

CHANBAEK 2023-04-26 5137

描述

本篇是读懂MOSFET datasheet系列第二篇，主要介绍电性能相关的参数。这部分的参数是我们经常提到并且用到的，相关的参数如下表所示

图：电性能相关参数

1、漏-源极击穿电压（BVDSS）

BVDSS 是反向偏压的体二极管被击穿，且雪崩倍增引发大量的电流在源极和漏极之间流动的电压。

BVDSS的含义虽然与VDS略有差异，但是在数值上一般是相同的。一般技术手册中给出的VDSS为额定值，BVDSS给出的是最小值，所谓数值相同，是VDSS的额定值与BVDSS的最小值相同。

VDS电压偶尔超过VDSS，MOSFET会进入雪崩击穿区，可能不会马上损坏MOSFET，但是经常超过的话会使MOSFET性能下降或者损坏。

图：MOSFET结构示意图

BVDSS电压呈现两个特性：

①如下图所示，当测试的IDSS值越大，所得到的BVDSS电压值越高。因此使用不同的测试标准时，实际的性能会有较大的差异。

②BVDSS并不是一成不变的，它具有正温度系数，温度越高耐压越高。如下图所示

其中ΔBVDSS/ΔTJ参数表明了BVDSS的正温度系数，它表示温度每上升1℃则BVDSS升高0.6V。

温度越低耐压也越低，有时候低温启动的损坏有可能就是这个原因，所以要降额使用。

因此在MOSFET的使用中，一定要保留足够的VDS电压裕量，其中一点就是为了考虑到低温时MOSFET的BVDSS变小，另外一点是为了应对各种恶劣条件下的VDS电压尖峰。

BVDSS测试方法：

参考下图，短接G-S端，在S-D端串入直流电源和负载。

设置负载恒流模式和负载拉载值115mA，设置直流电源电压。同时使用数字万用表测试S-D端电压VSD。

环境搭建完成后，从0开始逐步增加电压源电压，当Load到达额定电流（电流值根据数据手册来确定）后，记录此时的Source-Drain端电压，即为VSD。

2、栅极门槛电压 ( VGS(TH) )

VGS（th）是指加的栅源电压使mosfet打开的起始电压，MOSFET的GS电压要大于VGS（th）才能够开通。它与VGS/VGSS参数不同，VGS表示MOSFET所能承受的最大栅-源极电压。

VGS电压的两个特性：

①VGS（th）电压小于VGS（th）MOSFET是不开启的，当VGS电压超过阈值后，MOSFET才逐渐导通，即RDS逐渐减小，只有当VGS电压增加到一定程度时，此时RDS达到最小值并基本保持不变。

如上图所示，当ID电流一定的情况下，VGS电压越小，VDS之间的压差越大（VDS电压与RDS成正比）。

如上图所示，VGS=4.5V的时候，RDS随着ID的增加而增加。 VGS电压增加到10V以后，RDS基本保持不变。

②VGS（th）呈现负温度系数特性，当温度上升时，MOSFET将在比较低的VGS电压下开启。假设产品要在负温度条件下运行，避免不能正常开机，要考虑VGS（th）的情况。

如下图所示，当ID保持不变时，温度越高，VGS电压在比较低的情况下就可以打开MOSFET

VGS（th）测试方法：

参考下图，短接G-D端，在D-S端串入直流电源和负载，设置负载恒流模式。同时使用万用表测试G-S端电压。

环境搭建完成后，启动负载拉载，从0开始逐步增加电压源电压，当Load到达额定电流（电流值根据数据手册来确定）后，记录此时的万用表电压即为VGS（th）。

3、栅极漏电流（IGSS）

IGSS表示栅极驱动漏电流，值越小越好，对系统的效率影响就越小，通常在nA级别。

栅极漏电流一般通过驱动电压和测量相应电流来确定，由于氧化物的质量或材料的物料特性，漏电流有很大的区别。

IGSS测试方法：

参考下图，短接D-S端，然后在栅极-源极两端施加最大允许电压，再监测栅极-源极漏电流。

由于漏电流比较小，所以要使用SMU来进行测量。 SMU是一个具有测量功能的四象限源电流/吸电流操作设备，它采用FVMI（电压驱动、电流测量）和FIMV（电流驱动、电压测量）模式。它可以提供指定的电压并测量电流。它也可以提供指定的电流，然后测量通过DUT的电压。 SMU可以实现非常低的电流范围（nA，pA），分辨率为fA，甚至aA。因此，毫无疑问，SMU可以准确测量MOSFET漏电流。

下图所示为典型测量 MOSFET 栅漏电流的配置。进行MOSFET漏电流测试需要三个SMU通道，SMU1 连接到栅极并扫描栅极电压和测量产生的泄漏电流。连接到漏极端的 SMU2和连接到源极端的 SMU3 都将偏置设为 0V。