mos管器件與應用-mos管器件的結構、符號等及mos管具體應用方案-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-10-13
MOS場(chǎng)效應管也被稱(chēng)為MOSFET，即Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(金屬氧化物半導體場(chǎng)效應管)的縮寫(xiě)。它一般有耗盡型和增強型兩種我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對于場(chǎng)效應管，其輸出電流是由輸入的電壓(或稱(chēng)場(chǎng)電壓)控制，可以認為輸入電流極小或沒(méi)有輸入電流，這使得該器件有很高的輸入阻抗，同時(shí)這也是我們稱(chēng)之為場(chǎng)效應管的原因。
MOS晶體管的符號示于圖1.3。（KIA）MOS晶體管是四端器件：源極(S)、柵極(G)、漏極(D)，以及基底端(B)?；锥嗽贜MOS晶體管中通常銜接電路的負端電源電壓Vss，在PMOS晶體管中銜接電路的正端電源電壓VDD。電路圖中通常省略基底端(B)而采用圖1.4所示的符號。兩者的關(guān)系如圖1.5所示。
圖1.6是NMOS晶體管的構造表示圖。P型硅襯底上構成兩個(gè)n+區域，一個(gè)是源區，另一個(gè)是漏區。柵極是由摻入高濃度雜質(zhì)的低電阻多晶硅(poly-crystal-linc silicon)構成。
在柵極與硅襯底間構成一層氧化膜( Si02)，叫做柵氧化膜。P型硅襯底也叫做基板。
NMOS的基底銜接VSS負端電源電壓。例如，在正的電源電壓VDD為3V，負的電源電壓VSS為OV的電路中工作時(shí)，基底銜接OV（圖1.7）。
畫(huà)電路圖時(shí)，NMOS晶體管是漏極在上、源極在下，而PMOS晶體管是源極在上、漏極在下。圖1.8示出電流活動(dòng)的方向和電極間的電壓。柵極—源極間電壓用VGS(PMOS晶體管中用VSG)表示，漏極—源極間電壓用VDS（PMOS晶體管中VSD）表示。
MOS管是金屬(metal)—氧化物(oxid)—半導體(semiconductor)場(chǎng)效應晶體管，或者稱(chēng)是金屬—絕緣體(insulator)—半導體。MOS管的source和drain是可以對調的，他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下，這個(gè)兩個(gè)區是一樣的，即使兩端對調也不會(huì )影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱(chēng)的。
（一）MOS管的使用優(yōu)勢
MOS管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下，應選用MOS管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件下，應選用晶體管。
MOS管是利用多數載流子導電，所以稱(chēng)之為單極型器件，而晶體管是即有多數載流子，也利用少數載流子導電，被稱(chēng)之為雙極型器件。有些MOS管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比晶體管好。MOS管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多MOS管集成在一塊硅片上，因此MOS管在大規模集成電路中得到了廣泛的應用。
（二）電路符號
常用于MOSFET的電路符號有很多種變化，最常見(jiàn)的設計是以一條直線(xiàn)代表通道，兩條和通道垂直的線(xiàn)代表源極與漏極，左方和通道平行而且較短的線(xiàn)代表柵極，如下圖所示。有時(shí)也會(huì )將代表通道的直線(xiàn)以破折線(xiàn)代替，以區分增強型MOSFET（enhancement mode MOSFET）或是耗盡型MOSFET（depletion mode MOSFET）。
由于集成電路芯片上的MOSFET為四端元件，所以除了柵極、源極、漏極外，尚有一基極（Bulk或是Body）。MOSFET電路符號中，從通道往右延伸的箭號方向則可表示此元件為N型或是P型的MOSFET。箭頭方向永遠從P端指向N端，所以箭頭從通道指向基極端的為P型的MOSFET，或簡(jiǎn)稱(chēng)PMOS（代表此元件的通道為P型）；反之若箭頭從基極指向通道，則代表基極為P型，而通道為N型，此元件為N型的MOSFET，簡(jiǎn)稱(chēng)NMOS。在一般分布式MOSFET元件（discrete device）中，通常把基極和源極接在一起，故分布式MOSFET通常為三端元件。而在集成電路中的MOSFET通常因為使用同一個(gè)基極（common bulk），所以不標示出基極的極性，而在PMOS的柵極端多加一個(gè)圓圈以示區別。
（以N溝道增強型mos場(chǎng)效應管）它是利用VGS來(lái)控制“感應電荷”的多少，以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，然后達到控制漏極電流的目的。在制造管子時(shí)，通過(guò)工藝使絕緣層中出現大量正離子，故在交界面的另一側能感應出較多的負電荷，這些負電荷把高滲雜質(zhì)的N區接通，形成了導電溝道，即使在VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。當柵極電壓改變時(shí)，溝道內被感應的電荷量也改變，導電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著(zhù)柵極電壓的變化而變化。
影響開(kāi)關(guān)性能的參數有很多，但最重要的是柵極/漏極、柵極/ 源極及漏極/源極電容。這些電容會(huì )在器件中產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗，因為在每次開(kāi)關(guān)時(shí)都要對它們充電。MOS管的開(kāi)關(guān)速度因此被降低，器件效率也下降。為計算開(kāi)關(guān)過(guò) 程中器件的總損耗，要計算開(kāi)通過(guò)程中的損耗（Eon）和關(guān)閉過(guò)程中的損耗（Eoff）。MOSFET開(kāi)關(guān)的總功率可用如下方程表達：Psw= （Eon+Eoff）×開(kāi)關(guān)頻率。
而柵極電荷（Qgd）對開(kāi)關(guān)性能的影響最大。場(chǎng)效應管的名字也來(lái)源于它的輸入端（稱(chēng)為gate）通過(guò)投影一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)絕緣層上來(lái)影響流過(guò)晶體管的電流。事實(shí)上沒(méi)有電流流過(guò)這個(gè)絕緣體，所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來(lái)作為GATE極下的絕緣體。這種晶體管稱(chēng)為金屬氧化物半導體（MOS）晶體管，或，金屬氧化物半導體場(chǎng)效應管（MOSFET）。因為MOS管更小更省電，所以他們已經(jīng)在很多應用場(chǎng)合取代了雙極型晶體管。
MOS管具有很低的導通電阻，消耗能量較低，在目前流行的高效DC－DC芯片中多采用MOS管作為功率開(kāi)關(guān)。但是由于MOS管的寄生電容大，一般情況下NMOS開(kāi)關(guān)管的柵極電容高達幾十皮法。這對于設計高工作頻率DC－DC轉換器開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)電路的設計提出了更高的要求。在低電壓ULSI設計中有多種CMOS、BiCMOS采用自舉升壓結構的邏輯電路和作為大容性負載的驅動(dòng)電路。這些電路能夠在低于1V電壓供電條件下正常工作，并且能夠在負載電容1～2pF的條件下工作頻率能夠達到幾十兆甚至上百兆赫茲。本文正是采用了自舉升壓電路，設計了一種具有大負載電容驅動(dòng)能力的，適合于低電壓、高開(kāi)關(guān)頻率升壓型DC－DC轉換器的驅動(dòng)電路。電路基于Samsung AHP615 BiCMOS工藝設計并經(jīng)過(guò)Hspice仿真驗證，在供電電壓1.5V ，負載電容為60pF時(shí)，工作頻率能夠達到5MHz以上。
1、MOS部件出廠(chǎng)時(shí)一般裝在黑色的導電多氣孔材料袋中，切勿自行輕易拿個(gè)分子化合物塑料袋裝。
2、抽取MOS管部件不可以在分子化合物塑料板上滑動(dòng)，應用金屬盤(pán)來(lái)盛放待用部件。
3、燒焊用的電烙鐵務(wù)必令人滿(mǎn)意接地。
4、在燒焊前應把電路板的電源線(xiàn)與地線(xiàn)短接，待MOS部件燒焊完后再分開(kāi)。
5、MOS部件各管腳的燒焊順著(zhù)次序是漏極、源極、柵極。拆機時(shí)順著(zhù)次序相反。
6、在準許的條件下，MOS場(chǎng)效應管的柵極最好接入盡力照顧二極管。在檢查修理電路時(shí)應注意調查證明原有的盡力照顧二極管是否毀壞。
7、最好是帶防靜電手套兒或穿上防靜電的衣裳再去接觸場(chǎng)效應管。
8、選管時(shí)，要注意實(shí)際電路中各極電流電壓的數字都不可以超過(guò)規格書(shū)中的定額值。
1）雪崩失效(電壓失效)，也就是我們常說(shuō)的漏源間的BVdss電壓超過(guò)MOSFET的額定電壓，并且超過(guò)達到了一定的能力從而導致MOSFET失效。
2）SOA失效(電流失效)，既超出MOSFET安全工作區引起失效，分為Id超出器件規格失效以及Id過(guò)大，損耗過(guò)高器件長(cháng)時(shí)間熱積累而導致的失效。
3）體二極管失效：在橋式、LLC等有用到體二極管進(jìn)行續流的拓撲結構中，由于體二極管遭受破壞而導致的失效。
4）諧振失效：在并聯(lián)使用的過(guò)程中，柵極及電路寄生參數導致震蕩引起的失效。
5）靜電失效：在秋冬季節，由于人體及設備靜電而導致的器件失效。
6）柵極電壓失效：由于柵極遭受異常電壓尖峰，而導致柵極柵氧層失效。
1.判斷柵極G
MOS驅動(dòng)器主要起波形整形和加強驅動(dòng)的作用:假如MOS管的G信號波形不夠陡峭，在點(diǎn)評切換階段會(huì )造成大量電能損耗其副作用是降低電路轉換效率，MOS管發(fā)燒嚴峻，易熱損壞MOS管GS間存在一定電容，假如G信號驅動(dòng)能力不夠，將嚴峻影響波形跳變的時(shí)間.
將G-S極短路，選擇萬(wàn)用表的R×1檔，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應為幾歐至十幾歐。若發(fā)現某腳與其字兩腳的電阻均呈無(wú)限大，并且交換表筆后仍為無(wú)限大，則證實(shí)此腳為G極，由于它和另外兩個(gè)管腳是絕緣的。
2.判斷源極S、漏極D
將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1k檔分別丈量三個(gè)管腳之間的電阻。用交換表筆法測兩次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，此時(shí)黑表筆的是S極，紅表筆接D極。因為測試前提不同，測出的RDS（on）值比手冊中給出的典型值要高一些。
3.丈量漏-源通態(tài)電阻RDS（on）
在源-漏之間有一個(gè)PN結，因此根據PN結正、反向電阻存在差異，可識別S極與D極。例如用500型萬(wàn)用表R×1檔實(shí)測一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W,大于0.58W（典型值）。
由于電動(dòng)車(chē)的廣泛使用，而且電動(dòng)車(chē)普遍隨便停在路邊，車(chē)身比較輕便，即使熄火也完全可以搬離?，F場(chǎng)抓獲難。當人離開(kāi)車(chē)后通常的喇叭報警無(wú)法及時(shí)傳達到車(chē)主。警報聲響，周?chē)娜艘膊惶P(guān)注，現場(chǎng)很難抓住盜車(chē)者。被盜報案難。由于電動(dòng)車(chē)沒(méi)有登記信息，特征不明顯不易辨識，被盜后很多人便不去報案。打擊取證難。電動(dòng)車(chē)被盜后，嫌疑人多采取異地銷(xiāo)贓或“化整為零”的辦法，造成取證困難。因此電動(dòng)車(chē)防盜報警系統開(kāi)始推而廣之。
在電動(dòng)車(chē)防盜報警系統中會(huì )用到MOS管，現在就介紹一下本公司在電動(dòng)車(chē)防盜報警系統使用到的MOS管，在防盜報警器中，KIA設計生產(chǎn)的P溝道MOS管器件具有更高耐壓，更足的余量，內阻更是同等更低給產(chǎn)品的應用提供更穩定的保障。
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