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功率MOSFET管结电容测试条件研究

MOSFET的寄生电容是决定动态参数的根本原因，能否准确测得各级间电

容值对生产应用有至关重要的意义。通过对四种不同结构的MOSFET进行电容

测试，发现电容与测试频率、电压的变化趋势，制定合理的电容测试的方法。

关键字：结电容、反向传输电容、特征频率、负电容效应

引言

所有功率半导体的核心基于PN结设计制造的，当N型和P型半导体结合后，

在结合面处的两侧形成空间电荷区，也称为耗尽层，当PN结两端的电压变化的

时候，PN结的空间电荷区的电荷也发生改变。在MOSFET器件实际的生产和应

用过程中，怎样选择合适的测试条件得到合理的结果指导生产应用使结电容测试

更有意义。

1寄生电容位置

功率MOSFET器件有四种常用的结构，分别是：平面结构、普通沟槽结构、

超级结结构、屏蔽栅结构。以最常用的平面工艺生产的沟槽结构为例。根据场效

应管的结构其内部有三个内在的寄生电容：Gata和Source的电容CGS;Gata和

Drain的电容CGD，也称为反向传输电容、米勒电容，Crss;Drain和Source的电

容CDS。

2现行测试标准

功率场效应晶体管结电容测试根据GB/T4586-1994半导体器件分立器件

第8部分：场效应晶体管标准中规定的方法进行。

标准方法使用LCR电桥进行测试，该测试仪采用四端对测量。四端对测量

方法在进行低阻抗和高阻抗测量方面具有明显优势。外屏蔽导体作为测试信号电

流（此电流没有接地）的返回路径。相同的电流流入中心导体和外部屏蔽导体（以

相反的方向），但在导体的周围不会产生外磁场（由内部电流和外部电流产生的

磁场完全彼此抵消）。由于测试信号电流不会产生感应磁场，所以测试引线不会

带来由单根引线之间的自感或引起的附加误差。

反向传输电容：Crss=CGD，MOSFET器件的寄生电容的测试条件行业一般

规定为：VGS=0，VDS=BVDSS/2，f=1MHz，就是使用的测量电压为额定电压的

一半，但是大多数厂家按VDS=25V电压测试。

3电容的特征频率

就场效应管自身而言，MOSFET器件电容的等效电路是由C，L，R，组成，

宏观的可以看成一个系统。因此，存在系统电磁兼容有谐振频率，故就有了自谐

振频率值。

MOSFET器件的寄生电容的容值和自谐振频率是芯片材料（包括电阻率、

掺杂）与芯片构造所决定的。自谐振频率与电容的容值成反比关系。因自谐振频

率区的容抗是最大的，做为滤波的电容应避开自谐振频率段。但容值与频率成反

比，而容抗与容值成正比[N1]。在谐振频率之前，电容还保持着电容的特性，而

大于谐振频率时，由于芯片版图及键合线长度和导线电感的影响，电容的作用

将变成电感的作用。公式1，根据公式1可以计算系统的阻抗，如果把单只

MOSFET看成一个体统时，此公式同样适用。当公式1由于频率f的大小改变，

直接影响系统或器件测试的结果。当f变化使，则系统为“感性负载”小于;零则系

统为“容性负载”等;于零则系统为“阻性负载”。f为系统的谐振频率，在MOFET

器件的寄生电容测试中为器件测试的自谐振频率点。

MOSFET的电容都是非线性的变化的，是直流偏置电压的函数。所有的

MOSFET的寄生电容来源于偏置的氧化物电容和依赖于偏置的硅耗尽层电容的

组合。由于器件里的耗尽层受到了电压影响，电容CGS和CGD随着所加电压的

变化而变化。电容随着VDS电压的增加而减小，尤其是输出电容和反向传输电

容。当电压增加时，和VDS相关电容的减小来源于耗尽层电容减小，耗尽层区

域扩大。然而相对于CGD，CGS受电压的影响非常小，CGD受电压影响程度是

CGS的100倍以上。

在MOFET器件的寄生电容测试中VDS的电压越大电容测量结果越小，实

际应用时可根据器件BVDSS电压及工作环境确定即可。目前仅剩下测试频率的

选择，选择一个合适的频率点是测试的关键所在。

4不同结构测试

本文对4种不同结构的功率MOSFET器件进行，变化频率进行研究。表2

是试验样品的详细情况[N5]