VD MOSFET

VD MOSFET为单极性器件，如N-Channel VD MOSFET内只有电子作为载流子流动，由于没有少子注入，可以在栅偏压小于阈值电压时立即夹断沟道，多子密度在半导体内重新平衡（该过程为电介质释放时间）。对典型的硅功率MOSFET，介质释放时间一般在皮秒级，由此看出功率MOSFET的开关速度应当极快，但实际上其开关速度会受到寄生电容的限制。

器件电容

VD MOSFET中的寄生电容是影响其开关特性的重要因素。这些寄生电容主要包含以下几种类型：

1. 栅源电容（Cgs）：这是栅极与源极之间的电容。它由几个部分构成，包括栅源交叠电容Cgs（N+）、栅与源金属间电容Cgs（M）以及栅与P型基区间电容Cgs（P）。这些电容大小由VD MOSFET的设计参数和介质层厚度决定。

2. 栅漏电容（Cgd）：也称为米勒电容，是栅极与漏极之间的电容。在栅极电压小于阈值电压时，漂移区与P型基区形成大面积的耗尽层电容Cgd（dep）。栅极电压大于等于阈值电压时，Cgd（dep）会迅速增大。

3. 源漏电容（Cds）：这是一个PN结电容，其大小由源漏间所加电压VDS决定。当VDS变化时，耗尽电荷相应增加或减少，进而影响结电容（Cds）大小。

等效电路图：

一般情况下，VD MOSFET不采用这三个电容作为参考，而是用Ciss、Coss和Crss作为评估VD MOSFET器件电容的指标：

1. 输入电容Ciss：定义为栅极到源极的总电容，等于Cgs加上Cgd的和。它影响MOSFET的充电速度，影响开关时间。

2. 输出电容Coss：定义为漏极到源极的电容，等于Cds加上Cgd的和。它影响MOSFET在导通和关断过程中的电压变化率。

3. 反馈电容Crss：也称为米勒电容，是栅极和漏极之间的反馈路径，等于Cgd。它影响开关速度和开关损耗。Crss越大，开关损耗越大。

输入电容Ciss、输出电容Coss、反馈电容Crss并不是一个定值，而是随着外部施加的电压VDS而变化的，如下图所示：

从图中可以观察到：当VDS大于15V后三个特性电容曲线基本保持不变。所以特性电容的测试条件一般会定义为：频率为1MHz，栅压为0V，VDS为25V。一般将在此条件下测出的电容值作为特性电容的电容值。

栅电荷

VD MOSFET栅电荷是决定其开关速度的关键参数之一，是指在栅极和源极之间建立一定电压所需的电荷量。在开关过程中，栅极电荷的充放电速率直接影响了器件的开关速率。在实际应用中，获得栅电荷的方式一般是：在栅极施加一个恒定电流源，并测量Vgs升高到指定值（如10V）的波形图，然后根据Q=I*t计算出栅电荷的值。测试电路和波形图如下：

为了比较VD MOSFET的结构特性，通常如图所示分别定义栅曲线中不同时间段的栅电荷：

Qg：栅极电压升高到一定值（如10V）的总栅极电荷量。

Qgs1：VD MOSFET刚开始开启时（VDS开始下降之前）对Cgs充电需要的电荷量。

Qgd：从Vgs停止上升达到米勒平台开始，到米勒平台结束，为对Cgd充电所需的电荷量，称栅漏电荷。

Qsw：从VD MOSFET开启到米勒平台结束栅极储存的电荷量，称栅开通电荷。

Qgs2：米勒平台结束后，继续对Cgs充电，Vgs继续上升到给定值需要的电荷量。

其中：

Qgs=Qg-Qgd

Qgs=Qgs1+Qgs2

栅开通电荷Qsw被视为VD MOSFET结构中最重要的开关特性参数，器件大部分功耗均在该开关周期内产生。而栅漏电荷Qgd是栅开启电荷Qsw中的主要组成部分，故无论在VD MOSFET器件设计还是结构对比时该参数尤为重要。

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