五．靜態參數

圖5.1IRFB11N50Adatasheet section 6

這里給出了結溫25度時的靜態參數，這些參數常出現在各類測試數據報告中，是必測的參數之一。

1．漏源擊穿電壓V_(BR)DSS：

這個參數就是我們常說的BV_DSS，是指柵源電壓V_GS為0時，場效應管正常工作所能承受的最大漏源電壓，也就是漏源間寄生二極管的反向擊穿電壓。一般定義為漏電流達到250uA時候的漏電壓。該擊穿也屬于雪崩擊穿范疇，只是我們一般測量的漏電流比較小，對于正常器件來說，不具有破壞性。

擊穿電壓V_(BR)DSS是我們衡量一個MOS器件的重要參數，它和導通電阻R_DS(on)都與器件的外延層厚度有關，并成正比（如圖5.2所示）。

圖5.2 Normalized R_DS(on) vs. V_(BR)DSS

也就是說，厚的外延層能帶來高的擊穿電壓，當同時也會帶來大的導通電阻，這一點尤其在高壓器件中表現的最為明顯。如何平衡兩者的關系，是在設計者在設計時必須解決好的關鍵問題。

在目前的高壓器件工藝中，引入了所謂GuardRing的結構，用以減緩結表面電場線的變化趨勢，防止電場線集中導致的提前擊穿現象。

圖5.3 ElectricFieldcrowdingforSingle Source

如圖5.3表示出了單個Source區域的電場線分布，兩圖中的箭頭方向均為電場線方向，從兩圖對比不難看出，（b）中的Source區域的電場線分布平滑及均勻，尤其是N+轉角的薄弱處受到的電場沖擊較少，這樣大大減少了由于電場集中而導致提前擊穿的問題。如果將多個Ring連接起來，就會得到圖5.4的電場線分布效果。

圖5.4 優化后的邊緣結構

此外，還有主結，場板等用于改善電場線的結構也被廣泛的應用。

2．飽和漏源電流I_DSS：

柵極電壓V_GS=0、V_DS為一定值時的漏源電流。

一般情況下，會給出兩組漏源電流，分別是常溫下100％額定電壓下的漏電流以及極限溫度下80％額定電壓下的漏電流。

如圖5.5，漏源電流在125℃以下會很小，在納安級別，當超過這個溫度時，每上升10℃，電流就會增大約一倍。

圖5.5 I_DSS vs. Temperature

這里的I_DSS與之前的I_D不是一個概念。I_D主要由工藝中所選用外延決定，是一個計算的值。而I_DSS則是實際應用中的電流值，是器件真實性能的一個表現。

3．柵源驅動電流及反向電流I_GSS：

由于 MOSFET 輸入阻抗很大，I_GSS一般在納安級。

一般低壓產品的I_GSS測試電壓為20V，高壓產品的測試電壓為30V。

柵電流是用來確認柵極質量的，包括柵極與源極間的隔離情況以及柵氧的質量。

4．開啟電壓（閥值電壓）V_GS(th)：

當外加柵極控制電壓V_GS超過V_GS(th)時，漏區和源區的表面反型層形成了連接的溝道。應用中，常將漏極短接條件下I_D等于250uA時的柵極電壓稱為開啟電壓。

此參數一般會隨結溫度的上升而有所降低（見圖5.6 不同溫度下的輸出特性曲線）。一般來說，高壓器件的開啟的規范為[2,4]，低壓器件的開啟規范為[1,2]，這是根據應用時外部的CMOS和TTL電路的驅動電壓來制定的。

(a)

(b)

圖5.6Typical Output Characteristics

(a)T_J=25?C; (b) T_J=150?C

具體的開啟電壓大小受柵氧厚度，P-body注入劑量及襯底摻雜濃度而決定。

5．導通電阻R_DS(on)：

在特定的V_GS（一般為普通驅動電壓10V，或邏輯電路驅動電壓4.5V）、結溫及漏極電流的條件下，MOSFET 導通時漏源間的最大阻抗。

R_DS(on)是一個非常重要的溫度敏感參數，決定了 MOSFET 導通時的消耗功率。在25?C和110?C間，它的值近似變為兩倍（見圖5.7所示）。考慮到MOSFET正常運行時的結溫T_J不會低于25?C，故應以此參數在最高工作結溫條件下的值作為損耗及壓降計算的標準。

一般用150?C與25?C時的比值作為器件額定電流的計算因子（圖4.2）。這個因子一般在100V~900V的高壓器件中為2.5~2.8，小于100V的低壓器件為1.6~1.7。

通常R_DS(on)定義為V_G為10V時的值，這是由于當V_G大于10V，R_DS(on)的變化就很小了，如圖5.7。

圖5.7 典型導通電阻曲線 

一個完整的R_DS(on)是由器件結構中很多塊電阻串聯而成，其每部分的組成電阻結構見圖5.8，

圖5.8 Origin ofInternal Resistance in a Power MOSFET

說明如下：

1）R_SOURCE：Source擴散區的電阻（Sourcediffusionresistance）；

2）R_CH：溝道電阻（Channelresistance），這個電阻是低壓器件的R_DS(on)組成中最主要的部分（見圖5.10）；

3）R_A：堆積電阻（Accumulationresistance）；

4）R_J：兩個P-body區域間的JEFT電阻（JEFTcomponent-resistance）；

5）R_D：漂移區電阻（Driftregionresistance），也就是我們常說的EPI電阻，這個電阻是高壓器件的R_DS(on)組成中最主要的部分（如圖5.10）；

圖5.10  RelativeContributions to R_DS(on) With Different Voltage Ratings

6）R_SUB：襯底電阻（Substrateresistance）；

7）R_wcml：Source和Drain之間的金屬，金屬與硅之間以及封裝中的焊接金線等的金屬接觸電阻總和（Sum ofWire resistance）,這個電阻部分在高壓器件的R_DS(on)組成中，可以忽略不計，但在低壓器件中卻很重要（見圖5.10）。

如圖5.10，給出了R_DS(on)各部分組成電阻在不同工作電壓的器件中所占的比例，可以看出，在500V的高壓器件中，EPI電阻占了50％以上，這由于為了增加器件的耐壓而增厚EPI所導致的，但R_DS(on)過高會使器件功耗增大，容易發熱，影響器件的使用壽命，所以如何在BV_DSS和R_DS(on)之間選擇一個平衡的EPI厚度，是高壓器件設計人員的一個重大課題。

目前在業界評定R_DS(on)時，為了去除器件面積對其的影響，比較普遍的做法就是使用R_DS(on)和器件的有效管芯面積作為標準，稱為RSP，其定義的計算公式是：

RSP = R_DS(on)×Active Area  

（式5）