MOS 管输入电阻高却易被静电击穿,原因几何?
在电子领域,MOS 管是一种常见且重要的电子元件。它具有输入电阻很高的特性,但令人疑惑的是,如此高输入电阻的 MOS 管,一遇到静电就容易出现问题。
MOS 管是一个 ESD(静电放电)敏感器件。其本身输入电阻极高,而栅 - 源极间电容又极小,这使得它极易受外界电磁场或静电的感应而带电。并且在静电较强的场合,电荷难于泄放,从而容易引起静电击穿。
静电击穿一般分为两种类型:
一是电压型,即栅极的薄氧化层发生击穿,形成针孔,使栅极和源极间短路,或者使栅极和漏极间短路;
二是功率型,即金属化薄膜铝条被熔断,造成栅极开路或者是源极开路。
那么,MOS 管被击穿的原因及解决方案有哪些呢?首先,MOS 管本身的输入电阻很高,栅源极间电容又非常小,少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U = Q/C),从而将管子损坏。虽然 MOS 输入端有抗静电的保护措施,但仍需小心对待。在存储和运输中,最好用金属容器或者导电材料包装,不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。在组装、调试时,工具、仪表、工作台等均应良好接地。操作人员也需注意防止静电干扰,如不宜穿尼龙、化纤衣服,手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时,使用的设备必须良好接地。
其次,MOS 电路输入端的保护二极管,其导通时电流容限一般为 1mA,在可能出现过大瞬态输入电流(超过 10mA)时,应串接输入保护电阻。因此应用时可选择一个内部有保护电阻的 MOS 管。还有,由于保护电路吸收的瞬间能量有限,太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。所以焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件的输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚。
最后,MOS 栅源(G - S)极下拉电阻有什么作用呢?MOS 是电压驱动元件,对电压很敏感,悬空的 G 很容易接受外部干扰使 MOS 导通,外部干扰信号对 G - S 结电容充电,这个微小的电荷可以储存很长时间。
在试验中 G 悬空很危险,很多 MOS 管就是因为这样爆管。G 接个下拉电阻对地,旁路干扰信号就不会直通了,一般可以选择 10 - 20K 的电阻,这个电阻称为栅极电阻。它主要有两个作用,一是为场效应管提供偏置电压;二是起到泻放电阻的作用(保护栅极G~源极S)。
第一个作用好理解,这里解释一下第二个作用的原理。保护栅极G~源极S,场效应管的G-S极间的电阻值是很大的,这样只要有少量的静电就能使他的G-S极间的等效电容两端产生很高的电压。如果不及时把这些少量的静电泻放掉,两端的高压就有可能使场效应管产生误动作,甚至有可能击穿其 G - S 极。这时栅极与源极之间加的电阻就能把上述的静电泻放掉,从而起到了保护场效应管的作用。
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