阈值电压是什么意思? MOS阈值电压测试方法

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阈值电压是什么意思?

阈值电压（Gate-source threshold voltage，VGS(th)）是 MOSFET 的重要参数之一，因为它决定着器件的性能和应用范团。阈值电压 Vth 定义为可以在源极和漏极之间形成导电沟道的最小栅极偏压。在描述不同的器件时具有不同的参数。

VGS(th)开启电压（阈值电压），当外加栅极控制电压超过 VGS(th)时，漏区和源区形成了沟道。测试时，通常一定 VDS 条件下，漏极电压 ID 等于某一值时的栅极电压称为开启电压。

阈值电压的大小对器件的性能有很大的影响。如果國值电压太高就会导致器件导通时需要较大的电压，从而降低了器件的灵敏度和响应速度；如果阈值电压太低，就会导致器件的漏电流过大，从而降低其可靠性和寿命。因此，在设计和选择半导体器件时，需要根据具体的应用要求和材料特性来确定國值电压的大小

半导体主要参数

场效应管输出曲线

输出曲线 ID-VDS

以 VGS 为参考量，可以得到不同 VGS 下，漏极电流 ID 与漏源电压 VDS 之间的关系曲线，即为 MOS 管的输出曲线

以 VDS 为参考量，得到不同 VDS 下，漏极电流 ID 与栅源电压 VGS 之间的关系曲线，即为 MOS 管的转移曲线

Vdss：漏源击穿电压，当 Vgs 为 0 时，场效应管正常工作能够承受的最大电压。

Vgss：栅源击穿电压，当 Vds 为 0 时，场效应管正常工作能够承受的最大电压

MOSFET 的属于什么器件?

MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）缩写 MOS. MOSFET 中文全称金属氧化物半导体场效应晶体管。一般是金属 (metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor) 场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。

G：gate 栅极

S：source 源极

D：drain 漏极

MOS 管的 source（源极）和 drain（漏极）是可以对调的，他们都是在 P 型 backgate 中形成的 N 型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。

MOSFET 引脚排列图MES 场效应管

MES 场效应管（用金属与半导体接触构成栅极）; 其中 MOS 场效应管使用最广泛。尤其在大规模集成电路的发展中,MOS 大规模集成电路具有特殊的优越性。MES 场效应管一般用在 GaAs 微波晶体管上。

阈值电压公式

阈值电压的计算公式如下:

Vth = Vt0 + γ(2φf – Vt0)

其中, Vt0 是零偏电压, γ 是斜率系数, φf 是费米势, 它们均是与材料本身有关的参数。

根据这个公式，我们可以看出阈值电压与材料的性质有关，同时还与器件的结构、工艺等因素有关。

影响阈值电压的因素有哪些？

阈值电压随栅氧厚度增加，沟道区掺杂浓度增大而增加。随界面态电荷增大而增加。碳化硅 MOSFET 栅氧厚度约 50nm，可调空间不大。沟道区掺杂可调范围有限，所以首要措施为应降低界面态，以提高其他影响因素的窗口。

MOSFET 阈值电压测试方法

对于功率 MOSFET, 通常在 250uA 的漏源电流下测量。Vth 主要取决于栅极氧化层厚度和沟道掺杂浓度。不同的厂家定义 Vth 参数的测试条件略有不同，有的厂家会固定漏极电压，扫描栅源电压，当漏极电流达到某一值时提取 Vth。针对这种测试可以使用 easyexpert 软件中 application test 下已经内置的测试案例完成。