MOS管GS擊穿

靜電擊穿是指擊穿MOS管G極的那層絕緣層嗎？擊穿就一定短路了嗎？JFET管靜電擊穿又是怎么回事？

MOS管一個(gè)ESD敏感器件，它本身的輸入電阻很高，而柵-源極間電容又非常小，所以極易受外界電磁場(chǎng)或靜電的感應而帶電(少量電荷就可能在極間電容上形成相當高的電壓(想想U=Q/C)將管子損壞)，又因在靜電較強的場(chǎng)合難于泄放電荷，容易引起靜電擊穿。

MOS管靜電擊穿有兩種方式：

一是電壓型，即柵極的薄氧化層發(fā)生擊穿，形成針孔，使柵極和源極間短路，或者使柵極和漏極間短路；

二是功率型，即金屬化薄膜鋁條被熔斷，造成柵極開(kāi)路或者是源極開(kāi)路。MOS管GS擊穿JFET管和MOS管一樣，有很高的輸入電阻，只是MOS管的輸入電阻更高。

靜電放電形成的是短時(shí)大電流，放電脈沖的時(shí)間常數遠小于器件散熱的時(shí)間常數。因此，當靜電放電電流通過(guò)面積很小的pn結或肖特基結時(shí)，將產(chǎn)生很大的瞬間功率密度，形成局部過(guò)熱，有可能使局部結溫達到甚至超過(guò)材料的本征溫度(如硅的熔點(diǎn)1415℃)，使結區局部或多處熔化導致pn結短路，器件徹底失效。這種失效的發(fā)生與否，主要取決于器件內部區域的功率密度，功率密度越小，說(shuō)明器件越不易受到損傷。

反偏pn結比正偏pn結更容易發(fā)生熱致失效，在反偏條件下使結損壞所需要的能量只有正偏條件下的十分之一左右。這是因為反偏時(shí)，大部分功率消耗在結區中心，而正偏時(shí)，則多消耗在結區外的體電阻上。對于雙極器件，通常發(fā)射結的面積比其它結的面積都小，而且結面也比其它結更靠近表面，所以常常觀(guān)察到的是發(fā)射結的退化。此外，擊穿電壓高于100V或漏電流小于1nA的pn結(如JFET的柵結)，比類(lèi)似尺寸的常規pn結對靜電放電更加敏感。

所有的東西是相對的，不是絕對的，MOS管GS擊穿MOS管只是相對其它的器件要敏感些，ESD有一個(gè)很大的特點(diǎn)就是隨機性，并不是沒(méi)有碰到MOS管都能夠把它擊穿。另外，就算是產(chǎn)生ESD，也不一定會(huì )把管子擊穿。

靜電的基本物理特征為：

(1)有吸引或排斥的力量；

(2)有電場(chǎng)存在，與大地有電位差；

(3)會(huì )產(chǎn)生放電電流。

這三種情形即ESD一般會(huì )對電子元件造成以下三種情形的影響：

(1)元件吸附灰塵，改變線(xiàn)路間的阻抗，影響元件的功能和壽命；

(2)因電場(chǎng)或電流破壞元件絕緣層和導體，使元件不能工作(完全破壞)；

(3)因瞬間的電場(chǎng)軟擊穿或電流產(chǎn)生過(guò)熱，使元件受傷，雖然仍能工作，但是壽命受損。

所以ESD對MOS管的損壞可能是一，三兩種情況，并不一定每次都是第二種情況。 上述這三種情況中，如果元件完全破壞，必能在生產(chǎn)及品質(zhì)測試中被察覺(jué)而排除，影響較少。如果元件輕微受損，在正常測試中不易被發(fā)現，在這種情形下，常會(huì )因經(jīng)過(guò)多次加工，甚至已在使用時(shí)，才被發(fā)現破壞，不但檢查不易，而且損失亦難以預測。靜電對電子元件產(chǎn)生的危害不亞于嚴重火災和爆炸事故的損失。

電子元件及產(chǎn)品在什么情況下會(huì )遭受靜電破壞?可以這么說(shuō)：電子產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用的全過(guò)程都遭受靜電破壞的威脅。從器件制造到插件裝焊、整機裝聯(lián)、包裝運輸直至產(chǎn)品應用，都在靜電的威脅之下。在整個(gè)電子產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，每一個(gè)階段中的每一個(gè)小步驟，靜電敏感元件都可能遭受靜電的影響或受到破壞，而實(shí)際上最主要而又容易疏忽的一點(diǎn)卻是在元件的傳送與運輸的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，運輸因移動(dòng)容易暴露在外界電場(chǎng)(如經(jīng)過(guò)高壓設備附近、工人移動(dòng)頻繁、車(chē)輛迅速移動(dòng)等)產(chǎn)生靜電而受到破壞，所以傳送與運輸過(guò)程需要特別注意，以減少損失，避免無(wú)所謂的糾紛。防護的話(huà)加齊納穩壓管保護。

現在的mos管沒(méi)有那么容易被擊穿，MOS管GS擊穿尤其是是大功率的vmos,主要是不少都有二極管保護。vmos柵極電容大，感應不出高壓。與干燥的北方不同，南方潮濕不易產(chǎn)生靜電。還有就是現在大多數CMOS器件內部已經(jīng)增加了IO口保護。但用手直接接觸CMOS器件管腳不是好習慣。至少使管腳可焊性變差。

MOS管被擊穿的原因及解決方案

第一、MOS管本身的輸入電阻很高，而柵源極間電容又非常小，所以極易受外界電磁場(chǎng)或靜電的感應而帶電，而少量電荷就可在極間電容上形成相當高的電壓(U=Q/C)，將管子損壞。雖然MOS輸入端有抗靜電的保護措施，但仍需小心對待，在存儲和運輸中最好用金屬容器或者導電材料包裝，不要放在易產(chǎn)生靜電高壓的化工材料或化纖織物中。組裝、調試時(shí)，工具、儀表、工作臺等均應良好接地。要防止操作人員的靜電干擾造成的損壞，如不宜穿尼龍、化纖衣服，手或工具在接觸集成塊前最好先接一下地。對器件引線(xiàn)矯直彎曲或人工焊接時(shí)，使用的設備必須良好接地。

第二、MOS電路輸入端的保護二極管，其導通時(shí)電流容限一般為1mA，在可能出現過(guò)大瞬態(tài)輸入電流(超過(guò)10mA)時(shí)，應串接輸入保護電阻。因此應用時(shí)可選擇一個(gè)內部有保護電阻的MOS管應。還有由于保護電路吸收的瞬間能量有限，太大的瞬間信號和過(guò)高的靜電電壓將使保護電路失去作用。所以焊接時(shí)電烙鐵必須可靠接地，以防漏電擊穿器件輸入端，一般使用時(shí)，可斷電后利用電烙鐵的余熱進(jìn)行焊接，并先焊其接地管腳。

MOS是電壓驅動(dòng)元件，對電壓很敏感，懸空的G很容易接受外部干擾使MOS導通，外部干擾信號對G-S結電容充電，這個(gè)微小的 電荷可以?xún)Υ婧荛L(cháng)時(shí)間。在試驗中G懸空很危險，很多就因為這樣爆管，G接個(gè)下拉電阻對地，旁路干擾信號就不會(huì )直通了，一般可以10~20K。這個(gè)電阻稱(chēng)為柵極電阻，作用1：為場(chǎng)效應管提供偏置電壓;作用2：起到瀉放電阻的作用(保護柵極G~源極S)。第一個(gè)作用好理解，這里解釋一下第二個(gè)作用的原理：保護柵極G~源極S：場(chǎng)效應管的G-S極間的電阻值是很大的，這樣只要有少量的靜電就能使他的G-S極間的等效電容兩端產(chǎn)生很高的電壓，如果不及時(shí)把這些少量的靜電瀉放掉，他兩端的高壓就有可能使場(chǎng)效應管產(chǎn)生誤動(dòng)作，甚至有可能擊穿其G-S極;這時(shí)柵極與源極之間加的電阻就能把上述的靜電瀉放掉，從而起到了保護場(chǎng)效應管的作用。

MOS管GS之間并聯(lián)電阻作用

在MOS管的驅動(dòng)電路里,某些場(chǎng)合下,會(huì )看到這個(gè)電阻,在某些場(chǎng)合中,又沒(méi)有這個(gè)電阻.這個(gè)電阻的值比較常見(jiàn)的為5k,10k.但是這個(gè)電阻有什么用呢?  

在分析這個(gè)問(wèn)題之間,可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗:

找一個(gè)mos管,MOS管GS擊穿讓它的G懸空,然后在DS上加電壓,結果是怎樣?結果是在輸入電壓才幾十V的時(shí)候,管子就燒掉了,因為管子導通了.  

為什么mos管在沒(méi)有加驅動(dòng)信號（比如驅動(dòng)芯片在沒(méi)啟動(dòng)或者損壞的情況下芯片驅動(dòng)腳為高阻態(tài)）的前提下會(huì )導通,那是因為管子的DG,GS之間分別有結電容,Cdg和Cgs.所以加在DS之間電壓會(huì )通過(guò)Cdg給Cgs充電,這樣G極的電壓就會(huì )抬高直到mos管導通.  

所以在驅動(dòng)電路沒(méi)有工作,而且沒(méi)有放電回路的時(shí)候,mos管很容易被擊穿.假如采用變壓器驅動(dòng),變壓器繞組可以起到放電作用,所以即使不加GS電阻,在驅動(dòng)沒(méi)有的情況下,管子也不會(huì )自己導通 。

總結

1、防靜電損壞MOS（看到個(gè)理由是這么說(shuō)的：由于結電容比較小根據公式U=Q/C，所以較小的Q也會(huì )導致較大的電壓，導致mos管壞掉）

2、提供固定偏置，在前級電路開(kāi)路時(shí)，這個(gè)較小的電阻可以保證MOS有效的關(guān)斷（理由：G極開(kāi)路，當電壓加在DS端時(shí)候，會(huì )對Cgd充電，導致G極電壓升高，不能有效關(guān)斷）

3、下面還有就是對電阻大小的解釋?zhuān)绻×?，驅?dòng)電流就會(huì )大，驅動(dòng)功率增加；如果太大，MOS的關(guān)斷時(shí)間會(huì )增大；

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