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理解功率 MOSFET 的寄生电容 功率半导体的核心是 PN 结，当 N 型和 P 型半导体结合后，在结合面处的两侧形成空 间电荷区，也称为耗尽层，当 PN 结两端的电压变化的时候，PN 结的空间电荷区的电荷也 发生改变；另外，N 区电子和 P 区空穴因为浓度的差异相互扩散，也会在 PN 结的两侧产生 电荷存储效应，这些因素作用在一起，在任何半导体功率器件内部，就会产生相应的寄生电 容。 MOSFET 的寄生电容是动态参数，直接影响到其开关性能，MOSFET 的栅极电荷也是基 于电容的特性，下面将从结构上介绍这些寄生电容，然后理解这些参数在功率 MOSFET 数 据表中的定义，以及它们的定义条件。 1、功率 MOSFET 数据表的寄生电容 沟槽型功率 MOSFET 的寄生电容的结构如图 1 所示，可以看到，其具有三个内在的寄 生电容：G 和 S 的电容 CGS；G 和 D 的电容：CGD，也称为反向传输电容、米勒电容，Crss； D 和 S 的电容 CDS。 图 1：沟槽型 MOSFET 寄生电容 功率 MOSFET 的寄生电容参数在数据表中的定义如下图所示，可以看到，它们和上面 实际的寄生参数并不完全相同，相应的关系是： 输入电容：Ciss=CGS+CGD 输出电容：Coss=CDS+CGD 反向传输电容：Crss=CGD 2、功率 MOSFET 寄生电容测试 寄生电容的测试的条件为：VGS=0，VDS=BVDSS/2，f=1MHz，就是使用的测量电压为 额定电压的一半，测试的电路所下图所示。 (a) Ciss 测试电路 (b) Coss 测试电路 (c) Crss 测试电路 (d) 标准的 LCR 图 2：寄生电容测试电路 功率 MOSFET 栅极的多晶硅和源极通道区域的电容决定了这些参数，其不具有偏向的 敏感度，也非常容易重现。 沟槽型功率 MOSFET 的寄生电容和以下的因素相关： • 沟道的宽度和沟槽的宽度 • G 极氧化层的厚度和一致性 • 沟槽的深度和形状 • S 极体-EPI 层的掺杂轮廓 • 体二极管 PN 结的面积和掺杂轮廓 高压平面功率 MOSFET 的 Crss 由以下因素决定： • 设计参数，如多晶硅的宽度，晶胞斜度 • 栅极氧化层厚度和一致性 • 体水平扩散，决定了 JFET 区域的宽度 • 体-EPI 和 JFET 区域的掺杂轮廓 • 栅极多晶硅掺杂通常不是一个因素，由于其是退化的掺杂；JEFET 区域的宽度，JFET 轮廓 和 EPI 层掺杂轮廓主导着这个参数 高压平面功率 MOSFET 的 Coss 由以下因素决定： • 所有影响 Crss 参数，由于它是 Coss 一部分 • 体二极管 PN 结区域和掺杂轮廓 3、功率 MOSFET 寄生电容的非线性 MOSFET 的电容是非线性的，是直流偏置电压的函数，图 3 示出了寄生电容随 VDS 电 压增加而变化。所有的 MOSFET 的寄生电容来源于不依赖于偏置的氧化物电容和依赖于偏 置的硅耗尽层电容的组合。由于器件里的耗尽层受到了电压影响，电容 CGS 和 CGD 随着所 加电压的变化而变化。 图 3：AON6512 电容随电压变化 电容随着 VDS 电压的增加而减小，尤其是输出电容和反向传输电容。当电压增加时， 和 VDS 相关电容的减小来源于耗尽层电容减小，耗尽层区域扩大。然而相对于 CGD，CGS 受电压的影响非常小，CGD 受电压影响程度是 CGS 的 100 倍以上。 图 4 显示出了在 VDS 电压值较低时，当 VGS 电压增加大于阈值电压后，MOSFET 输入电容 会随着 VGS 增加而增加。 图 4：输入电容随 VGS 变化 因为 MOSFET 沟道的电子反形层形成，在沟漕底部形成电子聚集层，这也是为什么一旦电