MOS场效应管为什么容易烧毁?

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MOS场效应管常常莫名其妙地烧毁,这是什么原因呢?要说明这个问题,我们得先从MOS场效应管的结构谈起。MOS场效应管是金属—氧化物—半导体场效应管的简称,通常又叫做“绝缘栅场效应管”。图1是n型沟道MOS场效应管的结构示意图。它的珊极是从氧化膜引出的,栅极是与源、漏极绝缘的,绝缘栅场效应管亦因此得名。在栅极与衬底之间隔着这一层氧化膜如同电容器结构一样。当栅极与衬底之间的电压超过一定的限度,就会引起氧化膜的击穿。一旦发生这种击穿,MOS场效应管就烧毁了。

图1
图1 🔍原图 (429×282)

多大的电压就会使氧化膜击穿呢?从半导体物理实验知道,使氧化膜击穿的电场强度EB值在5×10\(^{6}\)~10×106伏/厘米之间,而氧化膜的厚度约在1000~2000埃之间(一埃等于10\(^{-8}\)厘米)。因此氧化膜击穿电压的范围就大致如图2所示。

图2
图2 🔍原图 (480×423)

对于厚度为1000埃的氧化膜来说,击穿电压在50~100伏之间。乍看这个击穿电压的值比一般小型电解电容器的耐压还高。但是它与小型电解电容器有很大不同。其一名的电容量非常小,只有见微微法,其二它的绝缘电阻,也就是输入电阻非常高,可达10\(^{14}\)欧姆以上。由于绝缘电阻非常高,栅极上的电荷很难漏掉。又因为电容量非常小,因此少量的电荷就能产生很大的电压。有人也许会想把氧化膜做厚一些不就可以提高击穿电压的值吗?然而氧化膜的厚度与MOS场效应管的跨导成反比,人们总希望场效应管的跨导大一些,因此氧化膜不能做得太厚。其结果则如上所述,栅压只要大于50伏,MOS场效应管就有烧毁的危险。在日常生活环境中或工作条件下,很多物品和人体上都带有一定量的电荷,各种仪器和设备都会有些漏电,只要有少量的电荷跑到栅极上就可能产生很高的电压。图3是产生这种电压的示意图。当带正电荷的物体靠近管子栅极引线端,正电荷把电子吸引到栅极引线的端头,在栅极的极板上留下了正电荷,通过静电感应在衬底上产生了负电荷而形成很高的电压。

图3
图3 🔍原图 (559×270)

为了避免栅极击穿,在测试和装接MOS场效应管时,可以用手拿管子的外壳,切勿拿它的管脚,仪器设备及烙铁外壳要良好接地,存放时必须将管脚拧在一起。为了工作安全,可以如图4所示,在栅源间接两只背靠背的稳压管,对正负高压都能起到保护管的作用。不过此时输入电阻降低了。(赵学泉)

图4
图4 🔍原图 (358×271)