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功率半導體的核心是PN結，當N型和P型半導體結合后，在結合面處的兩側形成空間電荷區，也稱為耗盡層，當PN結兩端的電壓變化的時候，PN結的空間電荷區的電荷也發生改變；另外，N區電子和P區空穴因為濃度的差異相互擴散，也會在PN結的兩側產生電荷存儲效應，這些因素作用在一起，在任何半導體功率器件內部，就會產生相應的寄生電容。
MOSFET的寄生電容是動態參數，直接影響到其開關性能，MOSFET的柵極電荷也是基于電容的特性，下面將從結構上介紹這些寄生電容，然后理解這些參數在功率MOSFET數據表中的定義，以及它們的定義條件。
1、功率MOSFET數據表的寄生電容
溝槽型功率MOSFET的寄生電容的結構如圖1所示，可以看到，其具有三個內在的寄生電容：G和S的電容CGS；G和D的電容：CGD，也稱為反向傳輸電容、米勒電容，Crss；D和S的電容CDS。
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2016-12-27 10:20 上傳
圖1：溝槽型MOSFET寄生電容
功率MOSFET的寄生電容參數在數據表中的定義如下圖所示，可以看到，它們和上面實際的寄生參數并不完全相同，相應的關系是： 輸入電容：Ciss=CGS+CGD 輸出電容：Coss=CDS+CGD 反向傳輸電容：Crss=CGD
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2、功率MOSFET寄生電容測試
寄生電容的測試的條件為：VGS=0，VDS=BVDSS/2，f=1MHz，就是使用的測量電壓為額定電壓的一半，測試的電路所下圖所示。
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(a) Ciss測試電路
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(b) Coss測試電路
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(c) Crss測試電路
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(d) 標準的LCR
圖2：寄生電容測試電路
功率MOSFET柵極的多晶硅和源極通道區域的電容決定了這些參數，其不具有偏向的敏感度，也非常容易重現。
溝槽型功率MOSFET的寄生電容和以下的因素相關： • 溝道的寬度和溝槽的寬度 • G極氧化層的厚度和一致性 • 溝槽的深度和形狀 • S極體-EPI層的摻雜輪廓 • 體二極管PN結的面積和摻雜輪廓
高壓平面功率MOSFET的Crss由以下因素決定： • 設計參數，如多晶硅的寬度，晶胞斜度 • 柵極氧化層厚度和一致性 • 體水平擴散，決定了JFET區域的寬度 • 體-EPI和JFET區域的摻雜輪廓 • 柵極多晶硅摻雜通常不是一個因素，由于其是退化的摻雜；JEFET區域的寬度，JFET輪廓和EPI層摻雜輪廓主導著這個參數
高壓平面功率MOSFET的Coss由以下因素決定： • 所有影響Crss參數，由于它是Coss一部分 • 體二極管PN結區域和摻雜輪廓
3、功率MOSFET寄生電容的非線性
MOSFET的電容是非線性的，是直流偏置電壓的函數，圖3示出了寄生電容隨VDS電壓增加而變化。所有的MOSFET的寄生電容來源于不依賴于偏置的氧化物電容和依賴于偏置的硅耗盡層電容的組合。由于器件里的耗盡層受到了電壓影響，電容CGS和CGD隨著所加電壓的變化而變化。
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圖3：AON6512電容隨電壓變化
電容隨著VDS電壓的增加而減小，尤其是輸出電容和反向傳輸電容。當電壓增加時，和VDS相關電容的減小來源于耗盡層電容減小，耗盡層區域擴大。然而相對于CGD，CGS受電壓的影響非常小，CGD受電壓影響程度是CGS的100倍以上。
圖4顯示出了在VDS電壓值較低時，當VGS電壓增加大于閾值電壓后，MOSFET輸入電容會隨著VGS增加而增加。
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圖4：輸入電容隨VGS變化
因為MOSFET溝道的電子反形層形成，在溝漕底部形成電子聚集層，這也是為什么一旦電壓超過QGD階級，柵極電荷特性曲線的斜率增加的原因。
所有的電容參數不受溫度的影響，溫度變化時，它們的值不會發生變化。
文章來源：微信公眾號 融創芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務平臺，項目眾包平臺，方案共享平臺）
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