阈值电压是什么意思? MOS阈值电压测试方法

文摘   2024-11-16 11:52   马来西亚  

阈值电压是什么意思?

阈值电压(Gate-source threshold voltage,VGS(th))是MOSFET的重要参数之一,因为它决定着器件的性能和应用范团。阈值电压Vth定义为可以在源极和漏极之间形成导电沟道的最小栅极偏压。在描述不同的器件时具有不同的参数。

VGS(th)开启电压(阈值电压),当外加栅极控制电压超过VGS(th)时,漏区和源区形成了沟道。测试时,通常一定VDS条件下,漏极电压ID等于某一值时的栅极电压称为开启电压。


阈值电压的大小对器件的性能有很大的影响。如果國值电压太高就会导致器件导通时需要较大的电压,从而降低了器件的灵敏度和响应速度;如果阈值电压太低,就会导致器件的漏电流过大,从而降低其可靠性和寿命。因此,在设计和选择半导体器件时,需要根据具体的应用要求和材料特性来确定國值电压的大小。

半导体主要参数


场效应管输出曲线


输出曲线ID-VDS


以VGS为参考量,可以得到不同VGS下,漏极电流ID与漏源电压VDS之间的关系曲线,即为MOS管的输出曲线

转移曲线ID-VGS


以VDS为参考量,得到不同VDS下,漏极电流ID与栅源电压VGS之间的关系曲线,即为MOS管的转移曲线


Vdss:漏源击穿电压,当Vgs为0时,场效应管正常工作能够承受的最大电压。

Vgss:栅源击穿电压,当Vds为0时,场效应管正常工作能够承受的最大电压


MOSFET的属于什么器件?

MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)缩写 MOS. MOSFET中文全称金属氧化物半导体场效应晶体管。一般是金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。

G:gate 栅极

S:source 源极

D:drain 漏极

MOS管的source(源极)和drain(漏极)是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。

MOSFET引脚排列图

MES场效应管

MES场效应管(用金属与半导体接触构成栅极);其中MOS场效应管使用最广泛。尤其在大规模集成电路的发展中,MOS大规模集成电路具有特殊的优越性。MES场效应管一般用在GaAs微波晶体管上。

阈值电压公式

阈值电压的计算公式如下:

Vth = Vt0 + γ(2φf – Vt0)

其中, Vt0是零偏电压, γ是斜率系数, φf是费米势, 它们均是与材料本身有关的参数。

根据这个公式,我们可以看出值电压与材料的性质有关,同时还与器件的结构、工艺等因素有关。

影响阈值电压的因素有哪些?

阈值电压随栅氧厚度增加,沟道区掺杂浓度增大而增加。随界面态电荷增大而增加。碳化硅MOSFET栅氧厚度约50nm,可调空间不大。沟道区掺杂可调范围有限,所以首要措施为应降低界面态,以提高其他影响因素的窗口。

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是德科技为 JEP183 的 SiC MOSFET 的 Vth 测量提供了两种解决方案。

• B1505A (B1506A) 与 EasyEXPERT group+ 软件中实施的 JEP183 专用应用测试可实现轻松、准确的 SiC Vth 评估。此外,超高电流单元 (UHCU) 和高压 SMU (HVSMU) 结合高压 (HV) 和高电流 (HC) 应力增强了测量。

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MOSFET阈值电压测试方法

对于功率MOSFET,通常在250uA的漏源电流下测量。Vth主要取决于栅极氧化层厚度和沟道掺杂浓度。不同的厂家定义Vth参数的测试条件略有不同,有的厂家会固定漏极电压,扫描栅源电压,当漏极电流达到某一值时提取Vth。针对这种测试可以使用easyexpert软件中application test下已经内置的测试案例完成。

但是有的客户需要同时对VGS和VDS进行sweep,相当于VGS=VDS,然后观察特定Id下的vth的值,这也是非常简单,只需要在上面的应用中将测试模式改为Vgsoff就可以了。

对于小功率mosfet,提取Vth的方法是采用最大跨导法,也可以直接调用easyexpert软件中CMOS案例下的VthgmMax应用来测试。


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本应用指南介绍了使用模块测量先进 MOSFET 的随机电报噪声的方法,并给出了实际的测量示例。


如何精确表征功率器件?


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