內(nèi)阻很小的MOS管發(fā)熱的主要原因有哪些

內(nèi)阻很小的MOS管發(fā)熱的主要原因包括以下幾點(diǎn)?：

?功率損耗?：當(dāng)MOS管流過較大電流時(shí)，即使內(nèi)阻很小，也會(huì)產(chǎn)生較大的功率損耗，導(dǎo)致發(fā)熱。在開關(guān)電源中，如果MOS管的關(guān)斷和導(dǎo)通速度不夠快，也會(huì)產(chǎn)生附加的功率損耗?12。

?線性工作狀態(tài)?：如果MOS管工作在線性區(qū)而非開關(guān)區(qū)，導(dǎo)通時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致工作在線性區(qū)內(nèi)，等效直流阻抗增大，壓降增大，從而增加功率損耗和發(fā)熱?23。

?開關(guān)頻率過高?：在追求小型化的過程中，提高工作頻率會(huì)導(dǎo)致MOS管上的損耗增大，發(fā)熱問題顯著?23。

?散熱設(shè)計(jì)不足?：如果散熱設(shè)計(jì)不足，即使電流沒有超過標(biāo)稱值，也可能因散熱不良而導(dǎo)致嚴(yán)重發(fā)熱?2。

?選型不當(dāng)?：選擇MOS管時(shí)，內(nèi)阻選擇不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致開關(guān)阻抗增大，功率損耗增加，從而引起發(fā)熱?23。

?外部因素?：外部短路或斷路、過流保護(hù)動(dòng)作后未切斷電路、負(fù)載過大、環(huán)境溫度過高等因素也會(huì)導(dǎo)致MOS管發(fā)熱?4。

Source、Drain、Gate分別對(duì)應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管的三極：源極S、漏極D、柵極G(里這不講柵極GOX擊穿，只針對(duì)漏極電壓擊穿)。

1、MOSFET的擊穿有哪幾種?

先講測(cè)試條件，都是源柵襯底都是接地，然后掃描漏極電壓，直至Drain端電流達(dá)到1uA。所以從器件結(jié)構(gòu)上看，它的漏電通道有三條：Drain到source、Drain到Bulk、Drain到Gate。

1、 Drain-》Source穿通擊穿

這個(gè)主要是Drain加反偏電壓后，使得Drain/Bulk的PN結(jié)耗盡區(qū)延展，當(dāng)耗盡區(qū)碰到Source的時(shí)候，那源漏之間就不需要開啟就形成了 通路，所以叫做穿通(punch through)。

那如何防止穿通呢?這就要回到二極管反偏特性了，耗盡區(qū)寬度除了與電壓有關(guān)，還與兩邊的摻雜濃度有關(guān)，濃度越高可以抑制耗盡區(qū)寬度延展，所以flow里面有個(gè)防穿通注入(APT：AnTI Punch Through)，記住它要打和well同type的specis。

當(dāng)然實(shí)際遇到WAT的BV跑了而且確定是從Source端走了，可能還要看是否 PolyCD或者Spacer寬度，或者LDD_IMP問題了。

那如何排除呢?這就要看你是否NMOS和PMOS都跑了?POLY CD可以通過Poly相關(guān)的WAT來驗(yàn)證。

對(duì)于穿通擊穿，有以下一些特征：

(1)穿通擊穿的擊穿點(diǎn)軟，擊穿過程中，電流有逐步增大的特征，這是因?yàn)楹谋M層擴(kuò)展較寬，產(chǎn)生電流較大。

另一方面，耗盡層展寬大容易發(fā)生DIBL效應(yīng)，使源襯底結(jié)正偏出現(xiàn)電流逐步增大的特征。

(2)穿通擊穿的軟擊穿點(diǎn)發(fā)生在源漏的耗盡層相接時(shí)，此時(shí)源端的載流子注入到耗盡層中，被耗盡層中的電場(chǎng)加速達(dá)到漏端。

因此，穿通擊穿的電流也有急劇增大點(diǎn)，這個(gè)電流的急劇增大和雪崩擊穿時(shí)電流急劇增大不同，這時(shí)的電流相當(dāng)于源襯底PN結(jié)正向?qū)〞r(shí)的電流，而雪崩擊穿時(shí)的電流主要為PN結(jié)反向擊穿時(shí)的雪崩電流，如不作限流，雪崩擊穿的電流要大。

(3)穿通擊穿一般不會(huì)出現(xiàn)破壞性擊穿。因?yàn)榇┩〒舸﹫?chǎng)強(qiáng)沒有達(dá)到雪崩擊穿的場(chǎng)強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)。

(4)穿通擊穿一般發(fā)生在溝道體內(nèi)，溝道表面不容易發(fā)生穿通，這主要是由于溝道注入使表面濃度比濃度大造成，所以，對(duì)NMOS管一般都有防穿通注入。

(5)一般的，鳥嘴邊緣的濃度比溝道中間濃度大，所以穿通擊穿一般發(fā)生在溝道中間。

(6)多晶柵長(zhǎng)度對(duì)穿通擊穿是有影響的，隨著柵長(zhǎng)度增加，擊穿增大。而對(duì)雪崩擊穿，嚴(yán)格來說也有影響，但是沒有那么顯著。

2、 Drain-》Bulk雪崩擊穿

這就單純是PN結(jié)雪崩擊穿了(avalanche Breakdown)，主要是漏極反偏電壓下使得PN結(jié)耗盡區(qū)展寬，則反偏電場(chǎng)加在了PN結(jié)反偏上面，使得電子加速撞擊晶格產(chǎn)生新的電子空穴對(duì) (Electron-Hole pair)，然后電子繼續(xù)撞擊，如此雪崩倍增下去導(dǎo)致?lián)舸?，所以這種擊穿的電流幾乎快速增大，I-V curve幾乎垂直上去，很容燒毀的。(這點(diǎn)和源漏穿通擊穿不一樣)

那如何改善這個(gè)juncTIon BV呢?所以主要還是從PN結(jié)本身特性講起，肯定要降低耗盡區(qū)電場(chǎng)，防止碰撞產(chǎn)生電子空穴對(duì)，降低電壓肯定不行，那就只能增加耗盡區(qū)寬度了，所以要改變 doping profile了，這就是為什么突變結(jié)(Abrupt juncTIon)的擊穿電壓比緩變結(jié)(Graded JuncTIon)的低。

當(dāng)然除了doping profile，還有就是doping濃度，濃度越大，耗盡區(qū)寬度越窄，所以電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，那肯定就降低擊穿電壓了。而且還有個(gè)規(guī)律是擊穿電壓通常是由低 濃度的那邊濃度影響更大，因?yàn)槟沁叺暮谋M區(qū)寬度大。

公式是BV=K*(1/Na+1/Nb)，從公式里也可以看出Na和Nb濃度如果差10倍，幾乎其中一 個(gè)就可以忽略了。

那實(shí)際的process如果發(fā)現(xiàn)BV變小，并且確認(rèn)是從junction走的，那好好查查你的Source/Drain implant了。

3、 Drain-》Gate擊穿

這個(gè)主要是Drain和Gate之間的Overlap導(dǎo)致的柵極氧化層擊穿，這個(gè)有點(diǎn)類似GOX擊穿了，當(dāng)然它更像 Poly finger的GOX擊穿了，所以他可能更c(diǎn)are poly profile以及sidewall damage了。當(dāng)然這個(gè)Overlap還有個(gè)問題就是GIDL，這個(gè)也會(huì)貢獻(xiàn)Leakage使得BV降低。

上面講的就是MOSFET的擊穿的三個(gè)通道，通常BV的case以前兩種居多。

上面講的都是Off-state下的擊穿，也就是Gate為0V的時(shí)候，但是有的時(shí)候Gate開啟下Drain加電壓過高也會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┑?，我們稱之為 On-state擊穿。

這種情況尤其喜歡發(fā)生在Gate較低電壓時(shí)，或者管子剛剛開啟時(shí)，而且?guī)缀醵际荖MOS。所以我們通常WAT也會(huì)測(cè)試BVON。

上面講的就是MOSFET的擊穿的三個(gè)通道，通常BV的case以前兩種居多。

上面講的都是Off-state下的擊穿，也就是Gate為0V的時(shí)候，但是有的時(shí)候Gate開啟下Drain加電壓過高也會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┑模覀兎Q之為 On-state擊穿。

這種情況尤其喜歡發(fā)生在Gate較低電壓時(shí)，或者管子剛剛開啟時(shí)，而且?guī)缀醵际荖MOS。所以我們通常WAT也會(huì)測(cè)試BVON。

2

如何處理mos管小電流發(fā)熱嚴(yán)重情況?

mos管，做電源設(shè)計(jì)，或者做驅(qū)動(dòng)方面的電路，難免要用到MOS管。MOS管有很多種類，也有很多作用。做電源或者驅(qū)動(dòng)的使用，當(dāng)然就是用它的開關(guān)作用。

無論N型或者P型MOS管，其工作原理本質(zhì)是一樣的。MOS管是由加在輸入端柵極的電壓來控制輸出端漏極的電流。

MOS管是壓控器件它通過加在柵極上的電壓控制器件的特性，不會(huì)發(fā)生像三極管做開關(guān)時(shí)的因基極電流引起的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，因此在開關(guān)應(yīng)用中，MOS管的開關(guān)速度應(yīng)該比三極管快。

我們經(jīng)常看MOS管的PDF參數(shù)，MOS管制造商采用RDS(ON)參數(shù)來定義導(dǎo)通阻抗，對(duì)開關(guān)應(yīng)用來說，RDS(ON)也是最重要的器件特性。

數(shù)據(jù)手冊(cè)定義RDS(ON)與柵極(或驅(qū)動(dòng))電壓VGS以及流經(jīng)開關(guān)的電流有關(guān)，但對(duì)于充分的柵極驅(qū)動(dòng)，RDS(ON)是一個(gè)相對(duì)靜態(tài)參數(shù)。一直處于導(dǎo)通的MOS管很容易發(fā)熱。另外，慢慢升高的結(jié)溫也會(huì)導(dǎo)致RDS(ON)的增加。

MOS管數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定了熱阻抗參數(shù)，其定義為MOS管封裝的半導(dǎo)體結(jié)散熱能力。RθJC的最簡(jiǎn)單的定義是結(jié)到管殼的熱阻抗。

1、mos管小電流發(fā)熱的原因：

1)電路設(shè)計(jì)的問題：就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關(guān)狀態(tài)，這也是導(dǎo)致MOS管發(fā)熱的一個(gè)原因。

如果N-MOS做開關(guān)，G級(jí)電壓要比電源高幾V，才能完全導(dǎo)通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設(shè)計(jì)電路的最忌諱的錯(cuò)誤。

2)頻率太高：主要是有時(shí)過分追求體積，導(dǎo)致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了。

3)沒有做好足夠的散熱設(shè)計(jì)：電流太高，MOS管標(biāo)稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達(dá)到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴(yán)重，需要足夠的輔助散熱片。

4)MOS管的選型有誤：對(duì)功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒有充分考慮，導(dǎo)致開關(guān)阻抗增大。

2、mos管小電流發(fā)熱嚴(yán)重怎么解決：

0做好MOS管的散熱設(shè)計(jì)，添加足夠多的輔助散熱片。

貼散熱膠。

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MOS管為什么可以防止電源反接?

電源反接，會(huì)給電路造成損壞，不過，電源反接是不可避免的。所以，我們就需要給電路中加入保護(hù)電路，達(dá)到即使接反電源，也不會(huì)損壞的目的。

一般可以使用在電源的正極串入一個(gè)二極管解決，不過，由于二極管有壓降，會(huì)給電路造成不必要的損耗，尤其是電池供電場(chǎng)合，本來電池電壓就3.7V，你就用二極管降了0.6V，使得電池使用時(shí)間大減。

MOS管防反接，好處就是壓降小，小到幾乎可以忽略不計(jì)?，F(xiàn)在的MOS管可以做到幾個(gè)毫歐的內(nèi)阻，假設(shè)是6.5毫歐，通過的電流為1A(這個(gè)電流已經(jīng)很大了)，在他上面的壓降只有6.5毫伏。