N?i dung b?ng 

1.K?t c?u linh ki?n c? b?n

2.?i?n áp ?ánh th?ng

3.??c tính tr?ng thái d?n truy?n

4.?i?n dung

5.?i?n tích c?c c?ng G

6.?i?n tr? c?c c?ng G

7.B?t và t?t

8.?i?n áp h??ng thu?n body-diode

9.Ph?c h?i h??ng ng??c body-diode

10.N?ng l?c tuy?t l? và ??nh m?c

11.??nh m?c dV/dt

12.??c tính nhi?t tr?

13.C?ng su?t tiêu tán

14.Vùng làm vi?c an toàn

15.??nh m?c dòng ?i?n

1.K?t c?u linh ki?n c? b?n

MOSFET c?ng su?t (transistor hi?u ?ng tr??ng kim lo?i - oxit bán d?n) là linh ki?n c?ng su?t v? cùng th?ng d?ng, b?i vì nó có c?ng su?t truy?n ??ng c?c c?ng (G) th?p, t?c ?? m? ?óng nhanh và n?ng l?c làm vi?c song song xu?t s?c. R?t nhi?u MOSFET c?ng su?t có k?t c?u th?ng ??ng h??ng d?c, c?c ngu?n (S) và c?c máng (D) n?m trên m?t ph?ng ??i nhau c?a ch?t bán d?n, t? ?ó có th? ch?y qua dòng ?i?n l?n và có ?i?n áp cao.

Hình 1a và 1b th? hi?n k?t c?u linh ki?n c?a hai lo?i c? b?n là kênh và m?t ph?ng. K?t c?u kênh ch? y?u dùng v?i linh ki?n có ?i?n áp ??nh m?c th?p h?n 200V, b?i vì nó có m?t ?? kênh cao, vì v?y ?i?n tr? d?n truy?n th?p. K?t c?u m?t ph?ng thích h?p dùng v?i linh ki?n ?i?n áp ??nh m?c cao h?n, b?i vì ?i?n tr? d?n truy?n ch? y?u do ?i?n tr? c?a l?p epi- quy?t ??nh, vì v?y kh?ng th? có ???c m?t ?? ch?t bán d?n cao. Thao tác c?a hai lo?i k?t c?u c? b?n t??ng ??ng. Ngo?i tr? ??nh ngh?a ??c bi?t ra, bài vi?t này ch? th?o lu?n v? k?t c?u kênh.

                          Figure 1a: Hình1a: K?t c?u MOSFET kênh                             Figure 1b: Hình 1b: K?t c?u MOSFET m?t ph?ng      
 

2.?i?n áp ?ánh th?ng

Trong s? r?t nhi?u MOSFET c?ng su?t, ?i?m n?i ???c hình thành gi?a c?c ngu?n N⁺ và P-body là ng?n m?ch th?ng qua v?t kim lo?i, t? ?ó tránh ???c vi?c v? tình d?n truy?n Transistor l??ng c?c n?i ky sinh. Khi kh?ng có phan c?c thêm vào c?c c?ng, MOSFET c?ng su?t th?ng qua phan c?c ng??c hình thành ?i?m n?i c?a P-body và N^- Epi, có th? ch?u ???c ?i?n áp c?c máng cao.

Trong linh ki?n ?i?n áp cao, ph?n l?n ?i?n áp do l?p Epitaxy ít pha t?p ch?u: l?p Epitaxy ít pha t?p dày ch?u ???c ?i?n áp ?ánh th?ng cao h?n, nh?ng l?i t?ng thêm ?i?n tr? d?n truy?n. Trong linh ki?n ?i?n áp th?p, m?c ?? pha t?p P-body và l?p N^- Epi t??ng t? nhau, c?ng có th? ch?u ???c ?i?n áp. N?u nh? ?? dày c?a P-body kh?ng ??, pha t?p n?ng quá nhi?u, vùng nghèo có th? xuyên qua l? ??n ???c vùng c?c ngu?n N⁺, t? ?ó làm gi?m th?p giá tr? ?i?n áp ?ánh th?ng. N?u nh? ?? dày c?a P-body quá l?n, pha t?p n?ng kh?ng ??, ?i?n tr? và ?i?n áp ng??ng c?a kênh s? t?ng lên. Vì v?y c?n ph?i c?n th?n thi?t k? pha t?p và ?? dày c?a P-body và Epitaxy ?? t?i ?u hóa tính n?ng c?a nó.

Trong b?ng d? li?u, th?ng th??ng ??nh ngh?a BV_DSS là dòng rò là ?i?n áp c?a c?c máng ??n c?c ngu?n khi là 250uA. Dòng rò c?a c?c máng ??n c?c ngu?n th? hi?n là I_DSS, nó ???c ?o khi h?n m?c BV_DSS ? 100%. Nhi?t ?? t?ng thêm, I_DSS t?ng thêm, BV_DSS c?ng t?ng thêm.

3.??c tính tr?ng thái d?n truy?n

Ph?i can nh?c MOSFET c?ng su?t làm vi?c ? hai ch? ?? khác nhau: làm vi?c ? góc ph?n t? th? nh?t và góc ph?n t? th? ba.

Làm vi?c ? góc ph?n t? th? nh?t

Khi ?i?n áp thu?n thêm vào c?c máng, thao tác MOSFET c?ng su?t c?a kênh N làm vi?c ? góc ph?n t? th? nh?t, nh? hình 2 th? hi?n. Khi ?i?n áp c?c c?ng V_G t?ng thêm ??n ?i?n áp ng??ng V_TH, kênh MOSFET b?t ??u ch?y qua dòng ?i?n. Giá tr? dòng ?i?n ch?y qua c?a nó quy?t ??nh b?i ?i?n tr? d?n truy?n c?a MOSFET, ??nh ngh?a là:

RDSON=VD/ID

??i v?i truy?n ??ng ?i?n tích c?c c?ng ??y ?? V_G>>V_TH, ?? th? I_D-V_D thao tác t?i vùng tuy?n tính, b?i vì kênh c?a MOSFET d?n truy?n hoàn toàn. ? ?i?n áp truy?n ??ng c?c c?ng th?p, khi V_D>(V_G-V_TH), do hi?u ?ng ch?nh c?t c?a kênh, dòng ?i?n c?c máng ??t ??n ?i?m b?o hòa. 

Hình 2: ??c tính vùng d?n truy?n (góc ph?n t? th? nh?t)

??i v?i MOSFET kênh, R_DSON do m?y b? ph?n d??i ?ay k?t h?p thành：         

Hình 3a: T? h?p R_DSONkênh                                  Hình 3b: T? h?p MOSFETR_DSONm?t ph?ng    

??i v?i MOSFET m?t ph?ng, m?t ph?n t? h?p R_DSON và MOSFET kênh t??ng t? nhau. ?i?m khác nhau ch? y?u ? ch? b? ph?n xu?t hi?n JEET. Khi thi?t b? thu nh? ??n kích th??c nh? h?n, R_S, R_CH, R_ACC c?ng nh? ?i, b?i vì có nhi?u ? c? s? ??n v? riêng l? s? tích l?i ? vùng mi?ng silicon cho s?n. M?t m?t khác, khi dòng ?i?n b? h?n ch? ch?y qua vùng n- nh? h?p g?n v?i vùng P-body, R_JFET s? ch?u ??ng hi?u ?ng JEET. Do kh?ng có hi?u ?ng JEET, MOSFET kênh có th? có ???c thu h?p m?t ?? cao h?n, th?c hi?n ???c R_DSON th?p.

R_CH ?i?n tr? kênh ch? y?u ph? thu?c vào m?c ?? truy?n ??ng c?c c?ng. V_GS t?ng thêm, R_CH gi?m b?t. Khi b?t ??u, khi V_GS t?ng ??n trên V_TH, R_DSON r?t nhanh chóng gi?m nh? ?i, ch?ng t? kênh MOSFET d?n truy?n. Khi V_GS t?ng thêm m?t b??c, R_DSON gi?m xu?ng t??ng ??i ch?m, b?i vì kênh d?n truy?n hoàn toàn, ?i?n tr? d?n truy?n MOSFET do b? ph?n t? h?p ?i?n tr? khác quy?t ??nh. Cùng v?i vi?c nhi?t ?? t?ng thêm R_DSON c?ng t?ng thêm, b?i vì nhi?t ?? t?ng thêm n?ng l?c v?n chuy?n c?a ch?t mang th?p ?i, ?ay là ??c tính quan tr?ng c?a linh ki?n làm vi?c song song.

Hình 4: R_DSON v?i phan c?c và nhi?t ?? c?c c?ng 

?i?n áp ng??ng

?i?n áp ng??ng V_GS(TH) ??nh ngh?a là ?i?n áp phan c?c c?c c?ng t?i thi?u, lúc này gi?a c?c ngu?n và c?c máng hình thành kênh d?n truy?n. ??i v?i MOSFET c?ng xu?t, ?o khi kênh dòng ?i?n c?c ngu?n và c?c máng ? 250uA. ?? dày l?p oxy hóa c?c c?ng và m?c t?p trung pha t?p kênh dùng ?? ki?m soát ?i?n áp ng??ng. ?i?n áp truy?n ??ng 10-15V, giá tr? ?i?n hình c?a nó thi?t k? là 2-4V. S? d?ng k? thu?t CMOS thu h?p, ?i?n áp truy?n ??ng c?c c?ng c?a MOSFET c?ng su?t có th? gi?m xu?ng ??n 2,5-4,5V. Vì v?y nh?ng ?ng d?ng này c?n ?i?n áp ng??ng th?p h?n 1-2V. ?i?n áp ng??ng có h? s? nhi?t ?? am, nhi?t ?? t?ng thêm, ?i?n áp ng??ng gi?m xu?ng.

?i?n d?n truy?n

?i?n d?n truy?n, ??nh ngh?a là ?i?n áp t?ng c?a MOSFET, có th? bi?u th? b?ng c?ng th?c sau ?ay:

gfs=DIDS/DVGS =μCox W/LCH

Th?ng th??ng ?o ? V_DS c? ??nh và ? vùng b?o hòa. ?? r?ng c?c c?ng linh ki?n W, ?? dài kênh L_CH, tính linh ho?t μ, ?i?n dung c?c c?ng C_OX, ?nh h??ng giá tr? ?i?n d?n truy?n. Nhi?t ?? t?ng thêm, ?i?n d?n truy?n gi?m xu?ng, b?i vì ho?t tính c?a ch?t mang gi?m xu?ng.

Làm vi?c ? góc ph?n t? th? ba

Trong thi?t b? chuy?n ??i BUCK c?a DCDC, MOSFET c?ng su?t làm vi?c ? góc ph?n t? th? ba r?t th??ng th?y, dòng ?i?n ch?y ra MOSFET c?a kênh N bên d??i, so sánh v?i góc ph?n t? th? nh?t, h??ng c?a dòng ?i?n là ng??c h??ng, R_DSON ???c áp d?ng gi?ng nhau.

Khi dòng ?i?n t??ng ??i th?p, ??c tính d?n truy?n c?a làm vi?c ? góc ph?n t? th? ba ??i x?ng v?i góc ph?n t? th? nh?t. Vì v?y có th? gi? ??nh ?i?n hình hai lo?i thao tác có R_DSON gi?ng nhau. Khi dòng ?i?n l?n và V_DS l?n, ph??ng th?c làm vi?c c?a b?n nó khác nhau. Khi V_DS ti?p c?n gi?m ?i?n áp thu?n c?a body-diode, body-diode b?t ??u d?n truy?n. Vì v?y dòng ?i?n t?ng thêm, kh?ng th? nhìn th?y ??c tính b?o hòa dòng ?i?n.

Hình 5: Làm vi?c ? góc ph?n t? th? ba   

4.?i?n dung

??c tính m? ?óng c?a MOSFET ch?u ?nh h??ng c?a ?i?n dung ky sinh c?a ba chan c?a linh ki?n, c?ng chính là ?i?n dung c?a c?c c?ng và c?c ngu?n C_GS, ?i?n dung c?a c?c c?ng và c?c máng C_GD và ?i?n dung c?a c?c máng và c?c ngu?n C_DS, nh? th? hi?n trong hình 6. Nh?ng giá tr? ?i?n dung này là phi tuy?n tính, và k?t c?u linh ki?n, ??c tính hình h?c liên quan v?i ?i?n áp phan c?c.

Hình 6: ?i?n dung ky sinh MOSFET

Khi b?t, ?i?n dung C_GD và C_GS s?c ?i?n th?ng qua c?c c?ng, vì v?y khi thi?t k? m?ch ?i?u khi?n c?a c?c c?ng c?n ph?i can nh?c ??n s? thay ??i c?a ?i?n dung. B?ng d? li?u c?a MOSFET cung c?p th?ng s? ?i?n dung ky sinh, C_ISS, C_OSS và C_RSS.

C_GD = C_RSS

C_GS = C_ISS ? C_RSS

C_DS = C_OSS ? C_RSS

C_RSS = ?i?n dung truy?n ng??c h??ng tín hi?u nh?.

C_ISS = ?i?n dung ??u vào tín hi?u nh?, ng?n m?ch c?c máng và c?c ngu?n

C_OSS = ?i?n dung ??u ra tín hi?u nh?, ng?n m?ch c?c c?ng và c?c ngu?n

?i?n dung c?a MOSFET là phi tuy?n tính, là hàm s? c?a c?a ?i?n áp phan c?c m?t chi?u. Hình 7 bi?u th? ?i?n dung thay ??i theo ?i?n áp V_DS t?ng thêm nh? th? nào. Toàn b? ?i?n dung ky sinh c?a MOSFET b?t ngu?n t? t? h?p c?a ?i?n dung oxit kh?ng ph? thu?c vào phan c?c và ?i?n dung l?p ?i?n tích m?ng silicon ph? thu?c vào phan c?c. Khi ?i?n áp t?ng lên, s? gi?m b?t c?a ?i?n dung có liên quan v?i V_DS b?t ngu?n t? ?i?n dung l?p ?i?n tích m?ng gi?m b?t, khu v?c l?p ?i?n tích m?ng m? r?ng.

Hình 7b th? hi?n khi ?i?n áp V_GS t?ng lên l?n h?n ?i?n áp ng??ng, giá tr? ?i?n áp V_DS th?p, ?i?n dung c?c c?ng MOSFET c?ng t?ng thêm, b?i vì l?p ??o ng??c electron kênh MOS hình thành, ? ph?n ?? kênh hình thành l?p ng?ng t? electron. ?ay c?ng là nguyên nhan vì sao m?t khi ?i?n áp v??t quá c?p b?c Q_GD, t?ng thêm ?? chéo c?a ?? th? ??c tính ?i?n tích c?c c?ng.

                                               Hình 7a : ?i?n dung ?i?n hình thay ??i theo V_DS      Hình 7b : ?i?n dung ??u vào ?i?n hình C_iss thay ??i theo V_GS

5.?i?n tích c?c c?ng G

N?u nh? ?? bi?t dòng ?i?n truy?n ??ng c?a c?c c?ng, th?ng s? ?i?n tích c?c c?ng có th? dùng ?? tính toán th?i gian m? ?óng MOSFET c?ng su?t. ?i?u này ch? quy?t ??nh b?i ?i?n dung ky sinh c?a linh ki?n. Th?ng s? này ch?u ?nh h??ng t??ng ??i nh? c?a dòng ?i?n c?c máng và ?i?n áp và nhi?t ?? ngu?n ?i?n. Hình ?nh nguyên ly c?a ki?m tra ?i?n tích c?c c?ng và d?ng sóng có liên quan xem th? hi?n ? hình 8. Trong m?ch này ngu?n dòng ?i?n c?c c?ng I_g kh?ng thay ??i s?c ?i?n cho c?c c?ng c?a linh ki?n ki?m tra, dòng ?i?n c?c máng I_D ???c cung c?p t? bên ngoài. L??ng ?o V_GS và th?i gian s?c ?i?n c?c c?ng, có th? tr?c ti?p ch? r? dòng ?i?n c?c máng t?ng t? 0 ??n I_D, ??ng th?i khi ?i?n áp c?c máng t? V_DC gi?m b?t ?i?n áp d?n truy?n hoàn toàn, n?ng l??ng mà linh ki?n tiêu hao.

Tr??c khi m? dòng ?i?n c?c c?ng, V_DC toàn b? ?i?n áp ngu?n mà linh ki?n ki?m tra ph?i ch?u, mà ?i?n áp V_GS và dòng ?i?n c?c máng là 0. M?t khi Ig dòng ?i?n c?c c?ng b?t ??u ch?y qua, C_GS ?i?n dung c?c c?ng và c?c ngu?n và C_GD ?i?n dung c?c c?ng và c?c máng b?t ??u s?c ?i?n, ?i?n áp t? c?c c?ng ??n c?c ngu?n b?t ??u t?ng thêm. T?c ?? s?c ?i?n là I_G/C_ISS. Khi ?i?n áp V_GS ??t ??n ?i?n áp giá tr? ng??ng xong thì dòng ?i?n c?c máng b?t ??u ch?y qua. ?i?n áp c?c c?ng b?t ??u t?ng lên ?? ?i?n áp n?n t?ng V_GP (V_GSTH+I_D/g_FS), còn ?i?n áp c?a linh ki?n ki?m tra duy trì ? ?i?n tích Ig*time là Q_GS ?i?n áp ngu?n c?n ??t ??n tr?ng thái lo?i này. Khi dòng ?i?n c?a c?c máng ??t ??n I_D, ?i?n áp c?a c?c máng b?t ??u gi?m xu?ng, lúc này V_GS duy trì ? giá tr? V_GP kh?ng thay ??i. Dòng ?i?n c?c c?ng dùng ?? s?c ?i?n cho C_GD ?i?n dung, Ig= C_GD dV_DS/dt. Khi V_DS ti?p c?n v?i tr?ng thái d?n truy?n, k?t thúc giai ?o?n n?n t?ng. ? giai ?o?n n?n t?ng, ?i?n tích c?c c?ng rót vào là Q_GD, th?ng th??ng dùng nó ?? tính toán th?i gian chuy?n ??i ?i?n áp và tiêu hao c?ng t?c.

B??c ti?p theo, ki?m tra c?c c?ng c?a linh ki?n ti?p t?c s?c ?i?n ??n giá tr? cu?i cùng, ?i?n áp c?c máng và c?c ngu?n bi?n thành R_DSON x I_D. ?i?n áp c?c c?ng và c?c ngu?n t?ng lên t? do, ?? d?c t?ng lên ???c quy?t ??nh b?i dòng ?i?n s?c ?i?n c?a c?c c?ng và C_ISS, khi V_GS>V_TH, C_ISS cao h?n, nh? hình 7b th? hi?n, khi?n cho trên ?? th? ?i?n tích c?c c?ng ?? d?c càng th?p h?n, cho ??n khi ?i?n áp c?c c?ng và c?c ngu?n ??t ??n giá tr? t?i ?a. ?i?n tích c?a c?c c?ng này là Q_G toàn b? ?i?n tích c?c c?ng. 

Hình 8: M?ch và d?ng sóng ki?m tra ?i?n tích c?c c?ng 

6.?i?n tr? c?c c?ng G

??i v?i d?n ??ng c?a c?c c?ng, c?c c?ng MOSFET c?ng xu?t th? hi?n tr? kháng t??ng t? v?i m?ng RC. ?i?n tr? t??ng ???ng chính là ch? Rg ?i?n tr? c?a c?c c?ng. ?i?n tr? c?a c?c c?ng do ?i?n tr? c?a ch?t d?n silicon ?a tinh th? c?a c?c c?ng, kim lo?i và k?t c?u k?t n?i sinh ra. K?t c?u k?t n?i chính là ???ng tín hi?u c?c c?ng ???c b? trí ??n ??a hàn ?? k?t n?i chan c?a ?óng gói bên ngoài.

??i v?i MOSFET kênh c?ng su?t c?c c?ng silicon ?a tinh th?, ?i?n tr? c?a c?c c?ng quy?t ??nh b?i m?c ?? pha t?p và lo?i hình (lo?i N ho?c lo?i P) c?a v?t li?u silicon ?a tinh th?, ??c tính hình h?c c?a kênh c?c c?ng và s?p x?p thi?t k? c?a linh ki?n. ??i v?i thi?t k? linh ki?n gi?ng nhau, MOSFET c?ng su?t kênh lo?i N th?ng th??ng có ?i?n tr? c?c c?ng th?p h?n lo?i P, b?i vì trong silicon ?a tinh th? pha t?p thích h?p, lo?i N có ?i?n tr? màng m?ng th?p h?n. R?t nhi?u linh ki?n c?ng t?c cu?i cùng ph?i s? d?ng thi?t b? LCR, Rg ?o ???c 100%.

7.B?t và t?t

B?ng d? li?u MOSFET c?ng su?t th?ng th??ng có ??c tính c?ng t?c c?a ph? t?i tính tr?, quy?t ??nh b?i R_g, C_iss và C_rss. Khi ?i?n c?m ky sinh và nhan t? chi ti?t truy?n ??ng c?c c?ng ?nh h??ng ??n ?o l??ng th?c t?, thì có th? ki?m tra ??c tính v?t ly c? b?n. Hình 9 ?? th? hi?n m?ch và d?ng sóng ki?m tra c?ng t?c ph? t?i tính tr? c?a MOSFET c?ng su?t.

Hình 9: M?ch và d?ng sóng ki?m tra c?ng t?c ph? t?i tính tr?

t_d(on) – Th?i gian ?? tr? b?t, giá tr? này là th?i gian V_gs t?ng lên ??n quá 10% ?i?n áp truy?n ??ng c?c c?ng, ??ng th?i dòng ?i?n c?c máng t?ng lên v??t qua giá tr? quy ??nh, vào th?i ?i?m t_d(on), V_GS ??t ??n ?i?n áp ng??ng, kho?ng th?i gian này do s? hàng nghìn h?ng s? th?i gian R_g C_iss quy?t ??nh.

t_r – Th?i gian t?ng lên, giá tr? này là th?i gian dòng ?i?n ph? t?i c?a dòng ?i?n c?c máng t? dòng ?i?n ph? t?i 10% t?ng lên ??n 90%, quy?t ??nh b?i V_TH, g_FS ?i?n d?n truy?n và h?ng s? th?i gian R_g C_rss.