正、負(fù)溫度系數(shù)概念闡述
MOSFET 的導(dǎo)通電阻 Ron 與溫度之間的關(guān)系呈現(xiàn)出兩種不同的溫度系數(shù)特性。正溫度系數(shù)表現(xiàn)為導(dǎo)通電阻 Ron 隨管子溫度的升高而增大；而負(fù)溫度系數(shù)則恰恰相反，導(dǎo)通電阻 Ron 會(huì)隨著管子溫度的上升而減小。
MOSFET 轉(zhuǎn)移特性與溫度系數(shù)
通過分析 MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性曲線，可以觀察到在 25℃和 150℃兩條曲線存在一個(gè)交點(diǎn)。該交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 VGS 與電流 ID 曲線中存在一個(gè)溫度系數(shù)為 0 的電壓值 2.7V，這一特定電壓值被稱為零溫度系數(shù)點(diǎn)（ZTC）。當(dāng) VGS 高于 2.7V 時(shí)，溫度升高會(huì)導(dǎo)致電流減小，此時(shí)功率 MOSFET 的 RDS(ON) 展現(xiàn)出正溫度系數(shù)特性；而當(dāng) VGS 低于 2.7V 時(shí)，溫度升高則會(huì)使電流增大，功率 MOSFET 的 RDS(ON) 呈現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)特性。
MOSFET 負(fù)溫度系數(shù)特性體現(xiàn)
MOSFET 的負(fù)溫度系數(shù)特性主要在閾值電壓（Vgs(th)）和導(dǎo)通電阻（Rds(on)）方面有所體現(xiàn)。
閾值電壓 Vgs（th）的負(fù)溫度系數(shù)特性
MOSFET 的閾值電壓 Vgs（th）具有明顯的負(fù)溫度系數(shù)，即隨著溫度的升高，閾值電壓逐漸降低。這一現(xiàn)象的原因在于溫度上升時(shí)，半導(dǎo)體材料中的載流子濃度增加，溝道中的載流子更容易受到柵極電場的吸引，從而使得閾值電壓值下降。在高溫環(huán)境下，這種特性有利于 MOSFET 的導(dǎo)通，但同時(shí)也可能引發(fā)電路的不穩(wěn)定問題，因此在電路設(shè)計(jì)過程中，必須充分考慮溫度變化對(duì)閾值電壓的影響。
對(duì)于本征半導(dǎo)體而言，其載流子濃度 ni 隨溫度變化的規(guī)律遵循特定的物理公式。
其中，NC 和 Nv 分別代表導(dǎo)帶有效態(tài)密度和價(jià)帶有效態(tài)密度，Eg 為禁帶寬度，k0 是玻爾茲曼常數(shù)，T 表示絕對(duì)溫度。從公式可以看出，隨著溫度 T 的升高，指數(shù)項(xiàng) exp (- 2k0TEg) 的值會(huì)不斷增大，進(jìn)而導(dǎo)致本征載流子濃度 ni 快速上升。
其中，NC 和 Nv 分別代表導(dǎo)帶有效態(tài)密度和價(jià)帶有效態(tài)密度，Eg 為禁帶寬度，k0 是玻爾茲曼常數(shù)，T 表示絕對(duì)溫度。從公式可以看出，隨著溫度 T 的升高，指數(shù)項(xiàng) exp (- 2k0TEg) 的值會(huì)不斷增大，進(jìn)而導(dǎo)致本征載流子濃度 ni 快速上升。
導(dǎo)通電阻 Rds(on) 的正溫度系數(shù)特性
與閾值電壓的負(fù)溫度系數(shù)不同，MOSFET 的導(dǎo)通電阻 Rds(on) 通常表現(xiàn)出正溫度系數(shù)特性。也就是說，隨著溫度的升高，導(dǎo)通電阻會(huì)相應(yīng)增加。這種特性會(huì)導(dǎo)致在高溫條件下，漏極電流減小，漏極功耗增加，同時(shí)漏 - 源極之間的壓降也會(huì)升高。不過，這種正溫度系數(shù)特性有助于在高溫環(huán)境下維持相對(duì)穩(wěn)定的導(dǎo)通特性，但這也要求我們必須合理設(shè)計(jì)散熱措施和電路布局，以應(yīng)對(duì)這種特性帶來的變化。
通過對(duì) MOSFET 負(fù)溫度系數(shù)及其相關(guān)特性的深入分析，我們可以更好地理解其在不同溫度環(huán)境下的工作狀態(tài)，從而在實(shí)際的電子電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，充分利用其特性，優(yōu)化電路性能，確保電子設(shè)備在各種工況下都能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
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