MOS晶体管中齐纳二极管保护栅极绝缘层特性示意图详解

信息来源: 时间:2022-1-14

MOS晶体管中齐纳二极管保护栅极绝缘层特性示意图详解

典型的绝缘层约1000埃厚,它把栅极金属与硅表面隔离开来。相对于衬底而言,如果栅极上外加50伏电压,那么,绝缘层上的电场就可达到5*106伏/厘米。这么高的场强已临近于绝缘层的击穿强度。(二氧化硅的击穿强度为107伏/厘米的数量级)。栅极上出现100伏以上的任何瞬态或者阶跃电压都有可能击穿绝缘区而使栅极与衬底短路起来。实际上,由于静电荷每天都在绝缘层上感生,因而电压超过这个数值是经常发生的。栅到衬底接一个齐纳二极管就使栅压箱位在某一个上限值,从实际应用的角度来,MOS正常的工作特性也不会因此而发生变化。不过,由于齐纳二极管反向阻抗的影响,栅极输入阻抗有可能会低一些。对于N-沟道器件,齐纳保护的电原理图示于图5-1。

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在源和漏区扩散的同时,另外扩散一个N+区到P-型衬底中就顺便地制作了齐纳二极管。(这里还是以N-沟道MOSET为例。)此N+区系直接扩散在栅极“结合区”的下面,而其窗口是在最移的氧化层(用以制作栅极欧姆接触的)上面打开,具体图形示于图5-2。

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一般工作时VG是正的,二极管处于反向偏压,不过,栅极电压太高,二极管就会击穿,因而它使栅极施加的最高正电压限定在某一个数值。(限定上限栅压的击穿电压是P-型村底电阻率和p-n结本身几何桔构的函数。)

这种齐纳的保护仅仅适于增强型器件,N-沟道耗尽型工作时就不可以施加负栅压,因为如果这样,齐纳的二极管就要变为正向导电状态。这样一来,N-沟道器件如果采用了齐纳二极管进行保护的活,栅极上就不可以施加负电压。同样地,对于P-沟道器件,如果采用叶扩散而实现了齐纳保护,那么就不可以加上正的栅压。假使一定要保护耗尽型器件的活,就必须依靠指向相反的背对背的齐纳的电路来实现,但是这种桔构过于繁复,难以制作。通用仪器公司MBM517 P-沟道MOS晶体管中的齐纳保护二极管特性示于图5~3。

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