【圖文分析】關于線性MOSFET-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-12-19
線性MOSFET是線性模式應用的最合適選擇，能夠確保可靠運作。然而，用于線性模式應用時，標準MOSFET容易產生電熱不穩定性(electro-thermal instability, ETI)，可能導致器件損壞。
A類音頻放大器、有源DC-link放電、電池充放電、浪涌電流限制器、低壓DC電機控制或電子負載等線性模式應用要求功率 MOSFET 器件在電流飽和區域內工作。
在功率 MOSFET 的線性工作模式，高電壓和高電流同時出現，因此通常MOSFET的功率消耗水平高于較常見的開關模式應用。
圖 1顯示歐姆區域、非線性區域以及飽和(或有源)區域，這三個不同的區域代表了功率MOSFET的輸出特性。
有源區域：MOSFET 溝道由于多數電荷載流子而飽和。在該區域中，ID獨立于VDS。ID僅由VGS控制，并且對于任何給定VDS保持恒定。換言之，MOSFET表現出恒定current sink的特征。
非線性區域：MOSFET的電阻呈現非線性行為，ID隨著VDS而增加的速度減慢。
歐姆區域：對于給定柵源電壓VGS，漏極電流ID與漏源電壓VDS成正比。MOSFET在此運作模式下充當電阻器，數值等于其導通電阻RDS(ON)。
圖1：功率MOSFET輸出特性
標準MOSFET 不適合線性模式運作
當功率生成速率高于功率耗散速率時，線性模式下較大的功率耗散PD會引起電熱不穩定性(electro-thermal instability, ETI)，可以理解為功率 MOSFET強制進入線性運作模式。
通常，MOSFET 晶圓邊緣(芯片焊接到功率封裝之安裝片的位置)的溫度低于管芯中心的溫度，這是橫向熱流的結果。在實踐中，功率 MOSFET的晶圓結溫Tvj并不均勻。雖然芯片溫度變化在開關模式運作中大多是無害的，但在線性模式運作中，這些溫度變化會引發災難性故障。
表面上的正反饋破壞機制帶來的結果：
結溫 Tvj局部升高
由于負溫度系數，提高芯片溫度會導致柵極閾值電壓VGSTH局部降低
降低閾值電壓引起了局部電流密度JDS增加，使得
電流密度的增加導致局部功率耗散增加，從而引起結溫進一步局部升高
MOSFET 等效電路包含寄NPN晶體管，其本身由 n 和 p 摻雜區域序列形成，如圖 2 所示。
根據功率脈沖的持續時間、傳熱條件和 MOSFET 單元的設計，ETI 可能會引起漏電流集中產生線電流并形成熱點，電流通過Rw，產生壓降，這通常會導致受影響區域中的 MOSFET 單元失去柵極控制并開啟寄生晶體管，隨后損壞器件。
圖 2：MOSFET 等效電路
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