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MOS管阈值电压Vgs(th)与温度的关系：负温度系数探讨

news 来源：原创 2025/6/25 22:42:05

负温度系数

负温度系数（Negative Temperature Coefficient, NTC），是指某些材料或元件的物理性质随温度升高而降低的现象。

比如NTC热敏电阻，随着温度升高，阻值反而下降；硅二极管也是负温度系数的，随着温度升高，正向导通电压降低。

MOS管是电压控制型的，Vgs电压是控制MOS管导通和截止的。

对于P沟道增强型MOSFET，当Vgs电压低于Vgs(th)阈值电压时导通。

对于N沟道增强型MOSFET，当Vgs电压高于Vgs(th)阈值电压时导通。

NMOS的主要载流子是电子。在NMOS中，源极（S）和漏极（D）通常掺杂为N型（即富含自由电子），而衬底（Substrate）则掺杂为P型（即富含空穴）。

PMOS的主要载流子是空穴。在PMOS中，源极（S）和漏极（D）通常掺杂为P型（即富含空穴），而衬底（Substrate）则掺杂为N型（即富含电子）。

这是因为温度升高导致半导体材料中的载流子浓度增加，使得沟道中的载流子更容易被栅极电场吸引，从而降低了Vgs(th)阈值电压的值。

对于本征半导体（是指纯净的、没有参杂任何杂质的半导体材料），其载流子浓度 ni 随温度变化的表达式为：

其中，

Nc 和 Nv 分别是导带有效态密度和价带有效态密度，

Eg 是禁带宽度，

k0 是玻尔兹曼常数，

T 是绝对温度。

从该式可以看出，随着温度T的升高，指数项exp(−2k0TEg) 的值会增大，从而导致本征载流子浓度ni迅速增加。

Philips PMV65XP（飞利浦，荷兰阿姆斯特丹）是一款P-Channel MOS管，其规格书电气性能的Threshold Voltage Variation with temperature：随着温度升高，Vgs(th)阈值电压降低。

安森美ON BSS138（安森美，美国亚利桑那州的菲尼克斯市）是一款N-Channel MOS管，其规格书电气性能的Threshold Voltage Variation with temperature：随着温度升高，Vgs(th)阈值电压降低。

1、MOS管的Vgs(th)阈值电压绝对值都是随温度升高而下降。

2、温度每升高1°C，Vgs(th)阈值电压下降约1.5～2mV。

比如Philips PMV65XP在0度时Vgs(th)阈值电压是0.8V左右，在100度时Vgs(th)阈值电压是0.6V左右，100x2mV=200mV。

3、常用的低压电路上使用的二极管都是硅二极管，是属于负温度系数的。

4、在使用二极管并联均流设计上，要慎用。

5、碳化硅肖特基二极管英文：Silicon Carbide Schottky Diode

硅肖特基二极管英文：Silicon Schottky Diode

6、硅二极管是负温度系数，而碳化硅二极管是在小电流时是负温度系数，在大电流时是正温度系数。

如下图是华轩阳的碳化硅二极管HC3D30065H的Forward Characteristics：

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