MOS管寄生电容详解：形成原因与结构原理

MOS管寄生电容详解：形成原因与结构原理

MOS管（金属氧化物半导体场效应管）是现代电子设备中常用的功率半导体器件，其内部存在三个重要的寄生电容参数：输入电容Ciss、输出电容Coss和反向传输电容Crss。这些寄生电容对MOS管的开关特性和驱动电路设计有着重要影响。本文将深入解析这些寄生电容的形成原因及其结构原理。

势垒电容与扩散电容的形成机制

功率半导体的核心是PN结，从二极管、三极管到场效应管，都是根据PN结特性所做的各种应用。场效应管分为结型、绝缘栅型，其中绝缘栅型也称MOS管（Metal Oxide Semiconductor）。

势垒电容

在不通电的情况下，当N型和P型半导体结合后，由于浓度差导致N型半导体的电子会有部分扩散到P型半导体的空穴中，因此在结合面处的两侧会形成空间电荷区（该空间电荷区形成的电场会阻值扩散运动进行，最终使扩散运动达到平衡）。

扩散电容

当外加正向电压时，靠近耗尽层交界面的非平衡少子浓度高，远离非平衡少子浓度低，且浓度自高到底逐渐衰减直到0。当外加正向电压增大时，非平衡少子的浓度增大且浓度梯度也增大，外加电压减小时，变化相反。该现象中电荷积累和释放的过程与电容器充放电过程相同，称为扩散电容。

MOS管寄生电容的结构与影响因素

MOS管寄生电容结构如下图所示，其中，多晶硅宽度、沟道与沟槽宽度、G极氧化层厚度、PN结掺杂轮廓等都是影响寄生电容的因素。

对于MOS管规格书中三个电容参数的定义：

• 输入电容Ciss = Cgs + Cgd
• 输出电容Coss = Cds + Cgd
• 反向传输电容Crss = Cgd

这三个电容几乎不受温度变化的影响，因此，驱动电压、开关频率会比较明显地影响MOS管的开关特性，而温度的影响却比较小。