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。
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
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
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(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,我们可以看出阈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。
• 带有PathWave IV 曲线测量软件的B2900B 系列SMU 可以以更低的成本实现超出JEP183 要求的更快测量。然而,存在一些限制,例如没有 SiC Vth 专用 GUI,也没有 Vth 提取功能以及有限的 I/V 范围。您可以根据简单性、可扩展性、成本等条件选择合适的解决方案。
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。
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。