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MOS管寄生二極管的由來 作用分析與方向如何判斷解析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-01-25 

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寄生二極管,二極管方向判斷

二極管

二極管,(英語:Diode),電子元件當中,一種具有兩個電極的裝置,只允許電流由單一方向流過,許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管(Varicap Diode)則用來當作電子式的可調電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流(Rectifying)”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓),反向時阻斷 (稱為逆向偏壓)。因此,二極管可以想成電子版的逆止閥。


寄生二極管的由來

是由生產工藝造成的,大功率MOS管漏極從硅片底部引出,就會有這個寄生二極管。小功率MOS管例如集成芯片中的MOS管是平面結構,漏極引出方向是從硅片的上面也就是與源極等同一方向,沒有這個二極管。模擬電路書里講得就是小功率MOS管的結構,所以沒有這個二極管。但D極和襯底之間都存在寄生二極管,如果是單個晶體管,襯底當然接S極,因此自然在DS之間有二極管。如果在IC里面,N—MOS襯底接最低的電壓,P—MOS襯底接最高電壓,不一定和S極相連,所以DS之間不一定有寄生二極管。


寄生二極管的作用

當電路中產生很大的瞬間反向電流時,可以通過這個二極管導出來,不至于擊穿這個MOS管。(起到保護MOS管的作用)


溝槽Trench型N溝道增強型功率MOSFET的結構如下圖所示,在N-epi外延層上擴散形成P基區,然后通過刻蝕技術形成深度超過P基區的溝槽,在溝槽壁上熱氧化生成柵氧化層,再用多晶硅填充溝槽,利用自對準工藝形成N+源區,背面的N+substrate為漏區,在柵極加上一定正電壓后,溝槽壁側的P基區反型,形成垂直溝道。


由下圖中的結構可以看到,P基區和N-epi形成了一個PN結,即MOSFET的寄生體二極管。

寄生二極管,二極管方向判斷

MOSFET剖面結構


MOS管寄生二極管的方向判斷

MOS管開關電路學習過模擬電路的人都知道三極管是流控流器件,也就是由基極電流控制集電極與發射極之間的電流;而MOS管是壓控流器件,也就是由柵極上所加的電壓控制漏極與源極之間電流。MOSFET管是FET的一種,可以被制造為增強型或者耗盡型,P溝道或N溝道共四種類型,但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管。實際應用中,NMOS居多。

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上圖左邊是N溝道的MOS管,右邊是P溝道的MOS管寄生二極管的方向如何判斷呢?它的判斷規則就是對于N溝道,由S極指向D極;對于P溝道,由D極指向S極。

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如何分辨三個極?D極單獨位于一邊,而G極是第4PIN。剩下的3個腳則是S極。它們的位置是相對固定的,記住這一點很有用。請注意:不論NMOS管還是PMOS管,上述PIN腳的確定方法都是一樣的。

寄生二極管,二極管方向判斷

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MOS管導通特性導通的意思是作為開關,相當于開關閉合。NMOS的特性:Vgs大于某一值管子就會導通,適合用于源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到4V就可以了。PMOS的特性:Vgs小于某一值管子就會導通,適合用于源極接VCC時的情況(高端驅動)。


下圖是MOS管開關電路,輸入電壓是Ui,輸出電壓是Uo。當Ui較小時,MOS管是截止的, Uo=Uoh=Vdd;當Ui較大時,MOS管是導通的, Uo =Ron/(Ron+Rd)*Vdd,由于Ron<

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應用實例:以下是某筆記本主板的電路原理圖分析,在此mos管是開關作用:PQ27控制腳為低電平,PQ27截止,而右側的mos管導通,所以輸出拉低;

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電路原理分析:PQ27控制腳為高電平,PQ27導通,所以其漏極為低電平,右側的mos管處于截止狀態,所以輸出為高電平。

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整體看來,兩個管子的搭配作用就是高低電平的切換,這個電路來自于筆記本主板的電路,但是這個電路模塊也更常見于復雜電路的上電時序控制模塊,GPIO的操作模塊等等應用中。


2. MOS管的隔離作用MOS管實現電壓隔離的作用是另外一個非常重要且常見的功能,隔離的重要性在于:擔心前一極的電流漏到后面的電路中,對電路系統的上電時序,處理器或邏輯器件的工作造成誤判,最終導致系統無法正常工作。因此,實際的電路系統中,隔離的作用非常重要。


二極管的導電特性

二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中,電流只能從二極管的正極流入,負極流出。


正向特性

在電子電路中,將二極管的正極接在高電位端,負極接在低電位端,二極管就會導通,這種連接方式,稱為正向偏置。必須說明,當加在二極管兩端的正向電壓很小時,二極管仍然不能導通,流過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數值(這一數值稱為“門坎電壓”,又稱“死區電壓”,鍺管約為0.1V,硅管約為0.5V)以后,二極管才能真正導通。導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變(鍺管約為0.3V,硅管約為0.7V),稱為二極管的“正向壓降”。


反向特性

在電子電路中,二極管的正極接在低電位端,負極接在高電位端,此時二極管中幾乎沒有電流流過,此時二極管處于截止狀態,這種連接方式,稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時,仍然會有微弱的反向電流流過二極管,稱為漏電流。當二極管兩端的反向電壓增大到某一數值,反向電流會急劇增大,二極管將失去單方向導電特性,這種狀態稱為二極管的擊穿。


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