功率MOSFET的轉移特性如圖1所示，VGS與電流ID曲線有一個溫度係數為0的電壓值5.5V
，通常這個點就稱為零溫度係數點ZTC（Zero Temperature Coefficient）。VGS高於5.5V時，溫度越高電流越小
，功率MOSFET的RDS是正溫度係數；VGS低於5.5V時
，溫度越高電流越大，功率MOSFET的的RDS是負溫度係數。

 

功率MOSFET內部通常是由許多晶胞單元並聯而成
，如圖2所示。通常假定芯片內部處於理想的熱平衡狀態
，整個矽片的結溫完全一致。然而在實際條件下，矽片邊沿熱阻低，如圖3所示；由於矽片焊接的不均勻
，各局部區的熱阻也不一致；此外，各局部區的閾值電壓VTH也不完全相同，它們通過的漏極電流，也就是（VGS-VTH)和跨導乘積，也不完全相同。上述因素導致局部區溫度也不一樣。

 

功率MOSFET工作在線性區用來限製電流，VGSdianyadi
，tongchangzaifuwenduxishuqu

，jubudanyuanguoredaozhiqiliuguogengdadedianliu，jieguowendugenggao，congerxingchengjuburediandaozhiqijiansunhuai，zheyangjiuxingchengyigeredianbuwendingxingquyuETI (Electro Thermal Instability)，發生於VGS低於溫度係數為0（ZTC）的負溫度係數區。

 

開關電源中功率MOSFET工作於開關狀態，在截止區和完全導通區之間高頻切換，由於在切換過程中要經過線性區，因此產生開關損耗。完全導通時，RDS處(chu)於(yu)正(zheng)溫(wen)度(du)係(xi)數(shu)區(qu)，局(ju)部(bu)單(dan)元(yuan)的(de)溫(wen)度(du)增(zeng)加(jia)，電(dian)流(liu)減(jian)小(xiao)溫(wen)度(du)降(jiang)低(di)，具(ju)有(you)自(zi)動(dong)的(de)平(ping)衡(heng)電(dian)流(liu)的(de)分(fen)配(pei)能(neng)力(li)。但(dan)是(shi)在(zai)跨(kua)越(yue)線(xian)性(xing)區(qu)時(shi)，會(hui)產(chan)生(sheng)動(dong)態(tai)的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)。

 

對於熱插撥、負載開關、分立LDO的調整管等這一類的應用，MOSFET較長時間或一直在線性區工作，因此工作狀態和快速開關狀態不同。功率MOSFETgongzuozaixianxingzhuangtai

，qijiandeyajianghedianliudoujiaoda，gonghaoda，yincichanshenggaoderedianyingli，gengrongyidaozhirebupinghengdefasheng
，congerxingchengjuburedianhuojubudianliujizhong，daozhiqijiansunhuai
；而且，也容易導致寄生的三極管導通
，產生二次擊穿，從而損壞器件。

 

圖1：AOT462的轉移特性

 

圖2：功率MOSFET內部晶胞單元

 

圖3：芯片內部散熱差異

 

正溫度係數區主要處決於載流子的產生，負溫度係數區主要處決於載流子的移動，因此表現出來的溫度特性不同。

 

器件的失效處取決於脈衝時間
、散熱條件和功率MOSFET單元平衡性能。通常，ZTC對應的電流越大，對應的VGS越大，就越容易發生熱不穩定性問題。而且ZTC直接和跨導相關，跨導增加
，ZTC點向更高的VGS點移動。

 

相對傳統的平麵工藝
，新一代的工藝的MOSFET單元密度大，具有更大的跨導
，因此更容易發生熱不穩定性問題。另外，高壓的MOSFET比低壓MOSFET，在ZTC點具有更低的電流和VGS，這是因為高壓MOSFET的epi層厚，單元的Pitch較低
，而且摻雜也低，所以RDS隨溫度變化決定著在整個溫度範圍內跨導的變化，因此比低壓MOSFET發生熱不穩定性問題的可能性降低。

 

 

MOSFET的漏極導通特性前麵論述過，其工作特性有三個工作區：截止區、線性區和‍完全導通區。其中

，線性區也稱恒流區、飽和區
、放大區；完全導通區也稱可變電阻區。

 

功率MOSFET在完全導通區和線性區工作時候，都可以流過大的電流。理論上，功率MOSFET是單極型器件
，N溝道的功率MOSFET，隻有電子電流
，沒有空穴電流，但是，這隻是針對完全導通的時候；在線性區
，還是會同時存在電子和空穴二種電流，如圖4、圖5和圖6分別所示
，完全導通區和線性區工作時，電勢、空穴和電流線分布圖。

 

從電勢分布圖
，功率MOSFET完全導通時
，VDS的壓降低，耗盡層完全消失
；功率MOSFET在線性區工作時，VDS的電壓比較高
，耗盡層仍然存在，此時由於在EPI耗盡層產生電子-空穴對，空穴也會產生電流，參入電流的導通。

 

空穴電流產生後，就會通過MOSFET內部的BODY體區流向S極
，這也導致有可能觸發寄生三極管，對功率MOSFET產生危害。由空
、電流線穴分布圖可見：線性區工作時產生明顯的空穴電流
，電流線也擴散到P型BODY區。

 

圖4：完全導通（左）和線性區的電勢分布圖

 

圖5：完全導通（左）和線性區的空穴分布圖

 

圖6：完全導通（左）和線性區的電流線分布圖

 

功率MOSFET在線性區工作時

，器件同時承受高的電壓和高的電流時，會產生下麵的問題：

1
、內部的電場大，注入更多的空穴。

2
、有效的溝道寬度比完全導通時小。

3、改變Vth和降低擊穿電壓。

4
、Vth低，電流更容易傾向於局部的集中，形成熱點；負溫度係數特性進一步惡化局部熱點。

 

功率MOSFET工作在線性區時
，器件承受高的電壓，耗盡層高壓偏置導致有效的體電荷減小；工作電壓越高，內部的電場越高
，電離加強產生更多電子-空kong穴xue對dui，形xing成cheng較jiao大da的de空kong穴xue電dian流liu。特te別bie是shi如ru果guo工gong藝yi不bu一yi致zhi
，局ju部bu區qu域yu達da到dao臨lin界jie電dian場chang，會hui產chan生sheng非fei常chang強qiang的de電dian離li和he更geng大da的de空kong穴xue電dian流liu，增zeng加jia寄ji生sheng三san極ji管guan導dao通tong的de風feng險xian。

 

圖7為通用Trench和SGT屏蔽柵（分離柵）完全導通的電流線，圖7來源於網絡。新一代SGT工藝的功率MOSFET局部區域電流線更密急，更容易產生局部的電場集中
，因此，如果不采取特殊的方法進行優化，很難在線性區的工作狀態下使用。

 

圖7：Trench（左）和SGT屏蔽柵電流線分布圖

來源：鬆哥電源