MOSFET的電性能相關(guān)參數(shù)

本篇是讀懂MOSFET datasheet系列第二篇，主要介紹電性能相關(guān)的參數(shù)。 這部分的參數(shù)是我們經(jīng)常提到并且用到的，相關(guān)的參數(shù)如下表所示

圖：電性能相關(guān)參數(shù)

1、漏-源極擊穿電壓（BVDSS）

BVDSS 是反向偏壓的體二極管被擊穿，且雪崩倍增引發(fā)大量的電流在源極和漏極之間流動(dòng)的電壓。

BVDSS的含義雖然與VDS略有差異，但是在數(shù)值上一般是相同的。 一般技術(shù)手冊中給出的VDSS為額定值，BVDSS給出的是最小值，所謂數(shù)值相同，是VDSS的額定值與BVDSS的最小值相同。

VDS電壓偶爾超過VDSS，MOSFET會(huì)進(jìn)入雪崩擊穿區(qū)，可能不會(huì)馬上損壞MOSFET，但是經(jīng)常超過的話會(huì)使MOSFET性能下降或者損壞。

圖：MOSFET結(jié)構(gòu)示意圖

BVDSS電壓呈現(xiàn)兩個(gè)特性：

①如下圖所示，當(dāng)測試的IDSS值越大，所得到的BVDSS電壓值越高。 因此使用不同的測試標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，實(shí)際的性能會(huì)有較大的差異。

②BVDSS并不是一成不變的，它具有正溫度系數(shù)，溫度越高耐壓越高。 如下圖所示

其中ΔBVDSS/ΔTJ參數(shù)表明了BVDSS的正溫度系數(shù)，它表示溫度每上升1℃則BVDSS升高0.6V。

溫度越低耐壓也越低，有時(shí)候低溫啟動(dòng)的損壞有可能就是這個(gè)原因，所以要降額使用。

因此在MOSFET的使用中，一定要保留足夠的VDS電壓裕量，其中一點(diǎn)就是為了考慮到低溫時(shí)MOSFET的BVDSS變小，另外一點(diǎn)是為了應(yīng)對(duì)各種惡劣條件下的VDS電壓尖峰。

BVDSS測試方法：

參考下圖，短接G-S端，在S-D端串入直流電源和負(fù)載。

設(shè)置負(fù)載恒流模式和負(fù)載拉載值115mA，設(shè)置直流電源電壓。 同時(shí)使用數(shù)字萬用表測試S-D端電壓VSD。

環(huán)境搭建完成后，從0開始逐步增加電壓源電壓，當(dāng)Load到達(dá)額定電流（電流值根據(jù)數(shù)據(jù)手冊來確定）后，記錄此時(shí)的Source-Drain端電壓，即為VSD。

2、柵極門檻電壓 ( VGS(TH) )

VGS（th）是指加的柵源電壓使mosfet打開的起始電壓，MOSFET的GS電壓要大于VGS（th）才能夠開通。 它與VGS/VGSS參數(shù)不同，VGS表示MOSFET所能承受的最大柵-源極電壓。

VGS電壓的兩個(gè)特性：

①VGS（th）電壓小于VGS（th）MOSFET是不開啟的，當(dāng)VGS電壓超過閾值后，MOSFET才逐漸導(dǎo)通，即RDS逐漸減小，只有當(dāng)VGS電壓增加到一定程度時(shí)，此時(shí)RDS達(dá)到最小值并基本保持不變。

如上圖所示，當(dāng)ID電流一定的情況下，VGS電壓越小，VDS之間的壓差越大（VDS電壓與RDS成正比）。

如上圖所示，VGS=4.5V的時(shí)候，RDS隨著ID的增加而增加。 VGS電壓增加到10V以后，RDS基本保持不變。

②VGS（th）呈現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)特性，當(dāng)溫度上升時(shí)，MOSFET將在比較低的VGS電壓下開啟。 假設(shè)產(chǎn)品要在負(fù)溫度條件下運(yùn)行，避免不能正常開機(jī)，要考慮VGS（th）的情況。

如下圖所示，當(dāng)ID保持不變時(shí)，溫度越高，VGS電壓在比較低的情況下就可以打開MOSFET

VGS（th）測試方法：

參考下圖，短接G-D端，在D-S端串入直流電源和負(fù)載，設(shè)置負(fù)載恒流模式。 同時(shí)使用萬用表測試G-S端電壓。

環(huán)境搭建完成后，啟動(dòng)負(fù)載拉載，從0開始逐步增加電壓源電壓，當(dāng)Load到達(dá)額定電流（電流值根據(jù)數(shù)據(jù)手冊來確定）后，記錄此時(shí)的萬用表電壓即為VGS（th）。

3、柵極漏電流（IGSS）

IGSS表示柵極驅(qū)動(dòng)漏電流，值越小越好，對(duì)系統(tǒng)的效率影響就越小，通常在nA級(jí)別。

柵極漏電流一般通過驅(qū)動(dòng)電壓和測量相應(yīng)電流來確定，由于氧化物的質(zhì)量或材料的物料特性，漏電流有很大的區(qū)別。

IGSS測試方法：

參考下圖，短接D-S端，然后在柵極-源極兩端施加最大允許電壓，再監(jiān)測柵極-源極漏電流。

由于漏電流比較小，所以要使用SMU來進(jìn)行測量。 SMU是一個(gè)具有測量功能的四象限源電流/吸電流操作設(shè)備，它采用FVMI（電壓驅(qū)動(dòng)、電流測量）和FIMV（電流驅(qū)動(dòng)、電壓測量）模式。 它可以提供指定的電壓并測量電流。 它也可以提供指定的電流，然后測量通過DUT的電壓。 SMU可以實(shí)現(xiàn)非常低的電流范圍（nA，pA），分辨率為fA，甚至aA。 因此，毫無疑問，SMU可以準(zhǔn)確測量MOSFET漏電流。

下圖所示為典型測量 MOSFET 柵漏電流的配置。 進(jìn)行MOSFET漏電流測試需要三個(gè)SMU通道，SMU1 連接到柵極并掃描柵極電壓和測量產(chǎn)生的泄漏電流。 連接到漏極端的 SMU2和連接到源極端的 SMU3 都將偏置設(shè)為 0V。

4、漏-源極漏電流 ( IDSS )

測量漏源極漏電流，首先將柵極和源極短路，然后在漏極-源極兩端之間施加最大允許電壓，監(jiān)測漏極-源極的漏電流。 測試方法與IGSS相類似。

5、漏-源極導(dǎo)通電阻 ( RDS(on) )

Rds(ON)是MOSFET工作（啟動(dòng)）時(shí)，漏極D和源極S之間的電阻值。 MOSFET在導(dǎo)通后，Rds(ON)的值不是一成不變的，主要取決于VGS的值。 Rds(ON)的值一般都是在mΩ級(jí)別，當(dāng)MOSFET電流達(dá)到最大時(shí)，則Rdson必然是最小的。

RDS(on)測試方法：

參考上圖，使用直流電源1給G-S端供電，并設(shè)置直流電源1的電壓（VGS）遠(yuǎn)大于導(dǎo)通電壓。

在D-S端串入直流電源2和負(fù)載，設(shè)置負(fù)載恒流模式和負(fù)載拉載值Id，設(shè)置直流電源2電壓。 同時(shí)使用數(shù)字萬用表測試D-S端電壓VDS。

啟動(dòng)電源1、電源2、電子負(fù)載，記錄此時(shí)的萬用表電壓即為VD-S。 根據(jù)歐姆定律：Rds(ON)= VDS/Id。

6、正向跨導(dǎo) ( gfs )

正向跨導(dǎo)表示 MOSFET 的信號(hào)增益（漏極電流除以柵極電壓，漏極輸出電流的變化量與柵源

電壓變化量之比）。 高gfs 表明柵極 VGS 低電壓可以獲得高電流 ID 的能力。 它也可以由下列公式計(jì)算出：

gfs反應(yīng)了柵極電壓對(duì)漏源電流控制的能力，gfs過小會(huì)導(dǎo)致MOSFET關(guān)斷速度降低，關(guān)斷能力減弱。 過大會(huì)導(dǎo)致關(guān)斷加快，EMI特性差，同時(shí)伴隨關(guān)斷時(shí)漏源會(huì)產(chǎn)生更大的關(guān)斷電壓尖峰。