MOSFETの相互コンダクタンスはどのように求める？

MOSFETの相互コンダクタンスはどのように求める？

相互コンダクタンス測定は、パワーエレクトロニクス設計におけるMOSFETの性能を検証するための重要な試験です。相互コンダクタンスは、MOSFETが適切に機能していることを保証し、回路設計において電圧利得が重要な仕様である場合に、エンジニアが最適なMOSFETを選択するのに役立ちます。結果、企業はパワー半導体デバイスをより早く市場に投入することができ、また、フィールドでの不具合を最小限に抑えることができます。

 

相互コンダクタンスとは、一定のドレイン・ソース間電圧が印加されたときの、ドレイン電流（I_D）とゲート・ソース間電圧（V_GS）の比のことです。電流と電圧の比は一般にゲインと呼ばれます。相互コンダクタンスは、MOSETのしきい値電圧（V_TH）と厳密に結びついた重要なパラメータであり、両者ともゲート・チャネルのサイズに関係しています。I-V測定からMOSFETの相互コンダクタンスを導く公式は以下の通りです。

gm=	ΔID
	ΔVGS

 

MOSFET相互コンダクタンスの測定方法

最初の構成に示すアプローチでは、3つのソース・メジャー・ユニット（SMU）を必要とし、すべてのノードをフィードバック制御電圧に保持し、すべての電流を同時に測定できます。各デバイスのチャネル接続をカバーするのに十分なSMUチャネルがない場合は、2番目の構成に示すように進められます。この構成は、ノイズの多いグラウンド接続の影響を受けやすく、長いケーブルを使用するとグラウンドループが発生する可能性があることに注意する必要があります。また、ソース端子の電流と電圧を測定することができないため、計算に誤差が生じる可能性があります。

MOSFET相互コンダクタンスの測定手順

1. ドレイン/ソース電圧(V_DS)を一定に保ちながら、ゲート電圧(V_GS)を所望の範囲で掃引する。
2. V_GSの増分ステップごとにドレイン電流（I_D）を測定する。
3. I_Dの小さな変化をV_GSの小さな変化で割ることにより、相互コンダクタンス（g_m）を計算する。

赤いプロット線は、相互コンダクタンス（g_m）と相互コンダクタンスの最大値（V_th）を示しています。

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