mos管也稱場效應(yīng)管，這個(gè)器件有兩個(gè)電極，一個(gè)是金屬，另一個(gè)是extrinsic silicon(外在硅)，他們之間由一薄層二氧化硅分隔開。金屬極就是GATE，而半導(dǎo)體端就是backgate或者body。MOSFET是一種場效應(yīng)晶體管(利用電場控制電流)，由金屬氧化物半導(dǎo)體制成，是目前使用最廣泛的生產(chǎn)技術(shù)。在功率MOSFET領(lǐng)域，碳化硅(SiC)也被使用，因?yàn)樗?a target="_blank">電源、逆變器和其他應(yīng)用所需的更高性能和效率的理想選擇。東芝多年來一直致力于MOSFET的開發(fā)和生產(chǎn)，我們廣泛的低中高耐壓設(shè)備產(chǎn)品線具有低損耗、高速度、低導(dǎo)通電阻和小封裝等特點(diǎn)—適合各種應(yīng)用的MOSFET。他們之間的絕緣氧化層稱為gate dielectric(柵介質(zhì))。器件有一個(gè)輕摻雜P型硅做成的backgate。這個(gè)MOS 電容的電特性能通過把backgate接地，gate接不同的電壓來說明。MOS電容的GATE電位是0V。金屬GATE和半導(dǎo)體BACKGATE在WORK FUNCTION上的差異在電介質(zhì)上產(chǎn)生了一個(gè)小電場。在器件中，這個(gè)電場使金屬極帶輕微的正電位，P型硅負(fù)電位。這個(gè)電場把硅中底層的電子吸引到表面來，它同時(shí)把空穴排斥出表面。這個(gè)電場太弱了，所以載流子濃度的變化非常小，對器件整體的特性影響也非常小。

在MOS管的運(yùn)用中，我們常會(huì)遇到各種‘擊穿’現(xiàn)象，這些對器件的性能及壽命有著至關(guān)重要的影響。首先，熱擊穿是由于器件過熱導(dǎo)致的損壞，通常與散熱設(shè)計(jì)不當(dāng)或長時(shí)間超負(fù)荷工作有關(guān)。其次，雪崩擊穿發(fā)生在電壓超過器件承受極限時(shí)，電流急劇增加，導(dǎo)致器件瞬間失效。再者，齊納擊穿則是一種在特定電壓下，電流急劇增大而導(dǎo)致的擊穿現(xiàn)象，它通常與器件的摻雜濃度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)。了解并掌握這些擊穿機(jī)制，對于優(yōu)化MOS管的應(yīng)用、提升設(shè)備穩(wěn)定性及延長使用壽命具有重要意義。因此，作為采購經(jīng)理，選擇具有優(yōu)良擊穿特性的MOS管，是確保設(shè)備可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

當(dāng)MOS電容的GATE相對于BACKGATE正偏置時(shí)發(fā)生的情況。穿過GATE DIELECTRIC的電場加強(qiáng)了，有更多的電子從襯底被拉了上來。同時(shí)，空穴被排斥出表面。隨著GATE電壓的升高，會(huì)出現(xiàn)表面的電子比空穴多的情況。由于過剩的電子，硅表層看上去就像N型硅。摻雜極性的反轉(zhuǎn)被稱為inversion，反轉(zhuǎn)的硅層叫做channel。隨著GATE電壓的持續(xù)不斷升高，越來越多的電子在表面積累，channel變成了強(qiáng)反轉(zhuǎn)。Channel形成時(shí)的電壓被稱為閾值電壓Vt。當(dāng)GATE和BACKGATE之間的電壓差小于閾值電壓時(shí)，不會(huì)形成channel。當(dāng)電壓差超過閾值電壓時(shí)，channel就出現(xiàn)了。mos管在電路中一般用作電子開關(guān)，在開關(guān)電源中常用MOS管的漏極開路電路，漏極原封不動(dòng)地接負(fù)載，叫開路漏極，開路漏極電路中不管負(fù)載接多高的電壓，都能夠接通和關(guān)斷負(fù)載電流。是理想的模擬開關(guān)器件。這就是MOS管做開關(guān)器件的原理。當(dāng)然MOS管做開關(guān)使用的電路形式比較多了。

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

1、MOSFET的擊穿有哪幾種?

先講測試條件，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。

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。

MOS管被擊穿的幾種情況，1. 過電壓擊穿：當(dāng)MOS管的柵極電壓超過其額定值時(shí)，可能導(dǎo)致柵極與源極或漏極之間的絕緣層被擊穿。這種擊穿通常是由于電路設(shè)計(jì)不當(dāng)、電源電壓波動(dòng)或瞬態(tài)過電壓引起的。

2. 過電流擊穿：過大的電流流過MOS管時(shí)，會(huì)使其內(nèi)部的結(jié)溫迅速升高，當(dāng)結(jié)溫超過材料的承受能力時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致?lián)舸?。過電流擊穿通常與負(fù)載短路、電路設(shè)計(jì)不當(dāng)或MOS管選型不合適有關(guān)。

3. 靜電擊穿：靜電放電(ESD)是MOS管在運(yùn)輸、存儲(chǔ)和使用過程中可能遇到的問題。當(dāng)靜電積累到一定程度并突然放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高電壓和大電流，從而導(dǎo)致MOS管被擊穿。

MOS管擊穿后是短路還是斷路，MOS管被擊穿后的狀態(tài)取決于擊穿的具體情況。一般來說，過電壓或過電流導(dǎo)致的擊穿可能會(huì)使MOS管內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損，從而形成低阻通路，使管子呈現(xiàn)短路狀態(tài)。而靜電擊穿可能導(dǎo)致柵極與源極或漏極之間的絕緣層被完全破壞，使管子失去控制能力，呈現(xiàn)斷路狀態(tài)。然而，實(shí)際情況可能更為復(fù)雜，因?yàn)閾舸┏潭群蛽p傷位置的不同會(huì)影響管子的最終狀態(tài)。

預(yù)防MOS管擊穿的方法及應(yīng)對措施，1. 預(yù)防方法：

(1)合理設(shè)計(jì)電路，確保MOS管工作在安全的電壓和電流范圍內(nèi)。

(2)選用具有合適耐壓和耐流能力的MOS管型號(hào)。

(3)在電路中加入過壓保護(hù)、過流保護(hù)和靜電保護(hù)等措施。

2. 應(yīng)對措施：

(1)一旦發(fā)現(xiàn)MOS管被擊穿，應(yīng)立即切斷電源，防止故障擴(kuò)大。

(2)檢查并更換損壞的MOS管及周圍可能受損的元器件。

(3)對電路進(jìn)行全面檢查，排除可能導(dǎo)致?lián)舸┑碾[患。

(4)在重新投入使用前，進(jìn)行充分的測試和驗(yàn)證，確保電路安全可靠。

在擊穿發(fā)生后，絕緣體失去了原本的絕緣性能，電流可以自由地通過。因此，雪崩擊穿是不可逆的，在絕緣體擊穿后，必須進(jìn)行維修或更換才能恢復(fù)其正常工作狀態(tài)。

為了更好地理解雪崩擊穿的機(jī)理，我們可以從絕緣材料的特性和擊穿機(jī)制來分析。絕緣材料通常具有較高的電阻和電導(dǎo)率很低的特點(diǎn)，這樣可以阻止電流在絕緣材料中的傳導(dǎo)。然而，在高壓電場下，電子會(huì)獲得足夠的能量以克服電阻，從而導(dǎo)致電子雪崩的發(fā)生。電子雪崩會(huì)產(chǎn)生大量的自由電子和空穴，它們會(huì)相互碰撞并留下新的電子和空穴對。這個(gè)過程會(huì)導(dǎo)致電流在絕緣體中的傳導(dǎo)，最終導(dǎo)致絕緣體擊穿。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了防止雪崩擊穿的發(fā)生，工程師通常采取一些預(yù)防措施。一種常見的方法是增加絕緣層的厚度，以增加擊穿電壓。此外，還可以選擇具有較高擊穿電壓的絕緣材料或者通過絕緣物體的表面涂層增加其絕緣性能。此外，電力系統(tǒng)中還會(huì)使用過電壓保護(hù)裝置來監(jiān)測并限制電壓的上升，以避免絕緣體的擊穿。

總結(jié)而言，雪崩擊穿是電力系統(tǒng)中重要的電氣現(xiàn)象，它會(huì)破壞絕緣體的絕緣性能并導(dǎo)致電流通過。與之相對應(yīng)的是齊納擊穿，它是絕緣體中電流突破發(fā)生的現(xiàn)象。盡管兩者相似，但它們在擊穿機(jī)制和范圍上存在一些明顯的區(qū)別。雪崩擊穿是不可逆的，一旦發(fā)生必須進(jìn)行修復(fù)或更換，因此需要采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施來避免其發(fā)生。

審核編輯 黃宇