場效應管MOSFET電性能相關參數介紹

本篇主要介紹電性能相關的參數。相關的參數如下表所示

圖：電性能相關參數

1、漏-源極擊穿電壓（BVDSS）

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

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

VDS電壓偶爾超過VDSS，MOSFET會進入雪崩擊穿區，可能不會馬上損壞MOSFET，但是經常超過的話會使MOSFET性能下降或者損壞。

圖：MOSFET結構示意圖

BVDSS電壓呈現兩個特性：

①如下圖所示，當測試的IDSS值越大，所得到的BVDSS電壓值越高。因此使用不同的測試標準時，實際的性能會有較大的差異。

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

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

溫度越低耐壓也越低，有時候低溫啟動的損壞有可能就是這個原因，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，其中一點就是為了考慮到低溫時MOSFET的BVDSS變小，另外一點是為了應對各種惡劣條件下的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載。

設置負載恒流模式和負載拉載值115mA，設置直流電源電壓。同時使用數字萬用表測試S-D端電壓VSD。

環境搭建完成后，從0開始逐步增加電壓源電壓，當Load到達額定電流（電流值根據數據手冊來確定）后，記錄此時的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參數不同，VGS表示MOSFET所能承受的最大柵-源極電壓。

VGS電壓的兩個特性：

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

如上圖所示，當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）呈現負溫度系數特性，當溫度上升時，MOSFET將在比較低的VGS電壓下開啟。假設產品要在負溫度條件下運行，避免不能正常開機，要考慮VGS（th）的情況。

如下圖所示，當ID保持不變時，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載，設置負載恒流模式。同時使用萬用表測試G-S端電壓。

環境搭建完成后，啟動負載拉載，從0開始逐步增加電壓源電壓，當Load到達額定電流（電流值根據數據手冊來確定）后，記錄此時的萬用表電壓即為VGS（th）。

3、柵極漏電流（IGSS）

IGSS表示柵極驅動漏電流，值越小越好，對系統的效率影響就越小，通常在nA級別。

柵極漏電流一般通過驅動電壓和測量相應電流來確定，由于氧化物的質量或材料的物料特性，漏電流有很大的區別。

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，再監測柵極-源極漏電流。

由于漏電流比較小，所以要使用SMU來進行測量。SMU是一個具有測量功能的四象限源電流/吸電流操作設備，它采用FVMI（電壓驅動、電流測量）和FIMV（電流驅動、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可以實現非常低的電流范圍（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。進行MOSFET漏電流測試需要三個SMU通道，SMU1 連接到柵極并掃描柵極電壓和測量產生的泄漏電流。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，監測漏極-源極的漏電流。測試方法與IGSS相類似。

5、漏-源極導通電阻 ( RDS(on) )

Rds(ON)是MOSFET工作（啟動）時，漏極D和源極S之間的電阻值。MOSFET在導通后，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級別，當MOSFET電流達到最大時，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，并設置直流電源1的電壓（VGS）遠大于導通電壓。

在D-S端串入直流電源2和負載，設置負載恒流模式和負載拉載值Id，設置直流電源2電壓。同時使用數字萬用表測試D-S端電壓VDS。

啟動電源1、電源2、電子負載，記錄此時的萬用表電壓即為VD-S。根據歐姆定律：Rds(ON)= VDS/Id。

6、正向跨導 ( gfs )

正向跨導表示 MOSFET 的信號增益（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算出：

gfs反應了柵極電壓對漏源電流控制的能力，gfs過小會導致MOSFET關斷速度降低，關斷能力減弱。過大會導致關斷加快，EMI特性差，同時伴隨關斷時漏源會產生更大的關斷電壓尖峰。

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