解析cool mos是什么-cool mos定義的優(yōu)勢-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-03-12
對于Cool-MOS的簡(jiǎn)述
對于常規VDMOS 器件結構， Rdson 與BV 這一對矛盾關(guān)系，要想提高BV，都是從減小EPI 參雜濃度著(zhù)手，但是外延層又是正向電流流通的通道，EPI 參雜濃度減小了，電阻必然變大，Rdson 就大了。Rdson直接決定著(zhù)MOS 單體的損耗大小。所以對于普通VDMOS，兩者矛盾不可調和，這就是常規VDMOS的局限性。但是對于COOLMOS，這個(gè)矛盾就不那么明顯了。通過(guò)設置一個(gè)深入EPI 的的P 區，大大提高了BV，同時(shí)對Rdson 上不產(chǎn)生影響。對于常規VDMOS，反向耐壓，主要靠的是N 型EPI 與body區界面的PN 結，對于一個(gè)PN 結，耐壓時(shí)主要靠的是耗盡區承受，耗盡區內的電場(chǎng)大小、耗盡區擴展的寬度的面積。常規VDSMO，P body 濃度要大于N EPI，大家也應該清楚，PN 結耗盡區主要向低參雜一側擴散，所以此結構下，P body 區域一側，耗盡區擴展很小，基本對承壓沒(méi)有多大貢獻，承壓主要是P body－－N EPI 在N 型的一側區域，這個(gè)區域的電場(chǎng)強度是逐漸變化的，越是靠近PN 結面，電場(chǎng)強度E 越大。對于COOLMOS 結構，由于設置了相對P body 濃度低一些的P region 區域，所以P 區一側的耗盡區會(huì )大大擴展，并且這個(gè)區域深入EPI 中，造成了PN 結兩側都能承受大的電壓，換句話(huà)說(shuō)，就是把峰值電場(chǎng)Ec 由靠近器件表面，向器件內部深入的區域移動(dòng)了。
由于SJ-MOS 的Rdson 遠遠低于VDMOS，在系統電源類(lèi)產(chǎn)品中SJ-MOS 的導通損耗必然較之VDMOS要減少的多。其大大提高了系統產(chǎn)品上面的單體MOSFET 的導通損耗，提高了系統產(chǎn)品的效率，SJ-MOS的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)在大功率、大電流類(lèi)的電源產(chǎn)品產(chǎn)品上，優(yōu)勢表現的尤為突出。
首先，同等電流以及電壓規格條件下，J-MOS 的晶源面積要小于VDMOS 工藝的晶源面積，這樣作為MOS 的廠(chǎng)家，對于同一規格的產(chǎn)品，可以封裝出來(lái)體積相對較小的產(chǎn)品，有利于電源系統功率密度的提高。
其次，由于SJ-MOS 的導通損耗的降低從而降低了電源類(lèi)產(chǎn)品的損耗，因為這些損耗都是以熱量的形式散發(fā)出去，我們在實(shí)際中往往會(huì )增加散熱器來(lái)降低MOS 單體的溫升，使其保證在合適的溫度范圍內。由于SJ-MOS 可以有效的減少發(fā)熱量，減小了散熱器的體積，對于一些功率稍低的電源，甚至使用SJ-MOS 后可以將散熱器徹底拿掉。有效的提高了系統電源類(lèi)產(chǎn)品的功率密度。
傳統VDMOS 的柵電荷相對較大，我們在實(shí)際應用中經(jīng)常會(huì )遇到由于IC 的驅動(dòng)能力不足造成的溫升問(wèn)題，部分產(chǎn)品在電路設計中為了增加IC 的驅動(dòng)能力，確保MOSFET 的快速導通，我們不得不增加推挽或其它類(lèi)型的驅動(dòng)電路，從而增加了電路的復雜性。SJ-MOS 的柵電容相對比較小，這樣就可以降低其對驅動(dòng)能力的要求，提高了系統產(chǎn)品的可靠性。
由于SJ-MOS 結構的改變，其輸出的節電容也有較大的降低，從而降低了其導通及關(guān)斷過(guò)程中的損耗。同時(shí)由于SJ-MOS 柵電容也有了響應的減小，電容充電時(shí)間變短，大大的提高了SJ-MOS 的開(kāi)關(guān)速度。對于頻率固定的電源來(lái)說(shuō)，可以有效的降低其開(kāi)通及關(guān)斷損耗。提高整個(gè)電源系統的效率。這一點(diǎn)尤其在頻率相對較高的電源上，效果更加明顯。
1）．場(chǎng)效應管的源極S、柵極G、漏極D分別對應于三極管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似，圖1-6-A所示是N溝道MOS管和NPN型晶體三極管引腳，圖1-6-B所示是P溝道MOS管和PNP型晶體三極管引腳對應圖。
2)．場(chǎng)效應管是電壓控制電流器件，由VGS控制ID，普通的晶體三極管是電流控制電流器件，由IB控制IC。MOS管道放大系數是（跨導gm）當柵極電壓改變一伏時(shí)能引起漏極電流變化多少安培。晶體三極管是電流放大系數（貝塔β）當基極電流改變一毫安時(shí)能引起集電極電流變化多少。
3)．場(chǎng)效應管柵極和其它電極是絕緣的，不產(chǎn)生電流；而三極管工作時(shí)基極電流IB決定集電極電流IC。因此場(chǎng)效應管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高的多。
4)．場(chǎng)效應管只有多數載流子參與導電；三極管有多數載流子和少數載流子兩種載流子參與導電，因少數載流子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，所以場(chǎng)效應管比三極管的溫度穩定性好。
5)．場(chǎng)效應管在源極未與襯底連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大，而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí)，其特性差異很大，b 值將減小很多。
6)．場(chǎng)效應管的噪聲系數很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場(chǎng)效應管。
7)．場(chǎng)效應管和普通晶體三極管均可組成各種放大電路和開(kāi)關(guān)電路，但是場(chǎng)效應管制造工藝簡(jiǎn)單，并且又具有普通晶體三極管不能比擬的優(yōu)秀特性，在各種電路及應用中正逐步的取代普通晶體三極管，目前的大規模和超大規模集成電路中，已經(jīng)廣泛的采用場(chǎng)效應管。
6、在開(kāi)關(guān)電源電路中；大功率MOS管和大功率晶體三極管相比MOS管的優(yōu)點(diǎn)；
由于柵源之間是二氧化硅（SiO2）絕緣層，柵源之間的直流電阻基本上就是SiO2絕緣電阻，一般達100MΩ左右，交流輸入阻抗基本上就是輸入電容的容抗。由于輸入阻抗高，對激勵信號不會(huì )產(chǎn)生壓降，有電壓就可以驅動(dòng)，所以驅動(dòng)功率極小（靈敏度高）。一般的晶體三極管必需有基極電壓Vb，再產(chǎn)生基極電流Ib，才能驅動(dòng)集電極電流的產(chǎn)生。晶體三極管的驅動(dòng)是需要功率的（Vb×Ib）。
MOSFET的開(kāi)關(guān)速度和輸入的容性特性的有很大關(guān)系，由于輸入容性特性的存在，使開(kāi)關(guān)的速度變慢，但是在作為開(kāi)關(guān)運用時(shí)，可降低驅動(dòng)電路內阻，加快開(kāi)關(guān)速度（輸入采用了后述的“灌流電路”驅動(dòng)，加快了容性的充放電的時(shí)間）。MOSFET只靠多子導電，不存在少子儲存效應，因而關(guān)斷過(guò)程非常迅速，開(kāi)關(guān)時(shí)間在10—100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，普通的晶體三極管由于少數載流子的存儲效應，使開(kāi)關(guān)總有滯后現象，影響開(kāi)關(guān)速度的提高（目前采用MOS管的開(kāi)關(guān)電源其工作頻率可以輕易的做到100K/S～150K/S,這對于普通的大功率晶體三極管來(lái)說(shuō)是難以想象的）。
由于普通的功率晶體三極管具有當溫度上升就會(huì )導致集電極電流上升（正的溫度～電流特性）的現象，而集電極電流的上升又會(huì )導致溫度進(jìn)一步的上升，溫度進(jìn)一步的上升，更進(jìn)一步的導致集電極電流的上升這一惡性循環(huán)。而晶體三極管的耐壓VCEO隨管溫度升高是逐步下降，這就形成了管溫繼續上升、耐壓繼續下降最終導致晶體三極管的擊穿，這是一種導致電視機開(kāi)關(guān)電源管和行輸出管損壞率占95%的破環(huán)性的熱電擊穿現象，也稱(chēng)為二次擊穿現象。MOS管具有和普通晶體三極管相反的溫度～電流特性，即當管溫度（或環(huán)境溫度）上升時(shí)，溝道電流IDS反而下降。例如；一只IDS=10A的MOS FET開(kāi)關(guān)管，當VGS控制電壓不變時(shí)，在250C溫度下IDS=3A，當芯片溫度升高為1000C時(shí)，IDS降低到2A，這種因溫度上升而導致溝道電流IDS下降的負溫度電流特性，使之不會(huì )產(chǎn)生惡性循環(huán)而熱擊穿。也就是MOS管沒(méi)有二次擊穿現象，可見(jiàn)采用MOS管作為開(kāi)關(guān)管，其開(kāi)關(guān)管的損壞率大幅度的降低，近兩年電視機開(kāi)關(guān)電源采用MOS管代替過(guò)去的普通晶體三極管后，開(kāi)關(guān)管損壞率大大降低也是一個(gè)極好的證明。
普通晶體三極管在飽和導通是，幾乎是直通，有一個(gè)極低的壓降，稱(chēng)為飽和壓降，既然有一個(gè)壓降，那么也就是；普通晶體三極管在飽和導通后等效是一個(gè)阻值極小的電阻，但是這個(gè)等效的電阻是一個(gè)非線(xiàn)性的電阻（電阻上的電壓和流過(guò)的電流不能符合歐姆定律），而MOS管作為開(kāi)關(guān)管應用，在飽和導通后也存在一個(gè)阻值極小的電阻，但是這個(gè)電阻等效一個(gè)線(xiàn)性電阻，其電阻的阻值和兩端的電壓降和流過(guò)的電流符合歐姆定律的關(guān)系，電流大壓降就大，電流小壓降就小，導通后既然等效是一個(gè)線(xiàn)性元件，線(xiàn)性元件就可以并聯(lián)應用，當這樣兩個(gè)電阻并聯(lián)在一起，就有一個(gè)自動(dòng)電流平衡的作用，所以MOS管在一個(gè)管子功率不夠的時(shí)候，可以多管并聯(lián)應用，且不必另外增加平衡措施（非線(xiàn)性器件是不能直接并聯(lián)應用的）。
MOS管和普通的晶體三極管相比，有以上四項優(yōu)點(diǎn)，就足以使MOS管在開(kāi)關(guān)運用狀態(tài)下完全取代普通的晶體三極管。目前的技術(shù)MOS管道VDS能做到1000V，只能作為開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管應用，隨著(zhù)制造工藝的不斷進(jìn)步，VDS的不斷提高，取代顯像管電視機的行輸出管也是近期能實(shí)現的。
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