Hallo liebe Gemeinde, Vorab : Die Ergruendung der hier aufgeworfenen Frage ist rein sportlicher natur, es geht nicht um die Loesung eines akuten Problems sondern lediglich um das Verstaendnis. ich habe gestern eine (schlechte) Konstantstromquelle aufgebaut, aehnlich der vermutl. bekannten "Transistor-LED-Konstantstromquelle von "Elektronik-Kompendium"), siehe Schaltplan. Sie hat auch funktioniert und obwohl der BSP315P nicht fuer den Linearbetrieb ausgelegt ist liege ich weit in der SOA... An dem Stromabgriff rechts unten flieszen dann ~180mA. Natuerlich ist das ganze ein wenig Temperatur- und noch viel mehr Primaerspannungsabhaengig (oder anders gesagt : Pfusch) aber das ist fuer meinen Zweck egal. Dann habe ich jedoch ein Tischmultimeter (Netzbetrieben) an den Stromabgriff angeschloszen und in Reihe dazu einen Poti. Ich wollte sehen, wie weit der Transistor aufmacht, wenn der Stromflusz durch einen (zu) hohen Widerstand im Strompfad begrenzt wird (Durch den sinkenden Strom verringert sich der Spannungsabfall am 2.2-Ohm Widerstand der an Source haengt und dadurch erhoeht sich die Gate-Source-Spannung des Transistors und er macht weiter "auf"). Als alles angeschloszen war, floszen jedoch ploetzlich nur noch 0.2mA. Der MOSFET schien defekt. Habe daraufhin U_GS gemessen und diese war (unveraendert) bei ~-2.55V. Habe dann die PMLL4148 herausgeloetet, so dasz U_GS auf die vollen 5V stieg. Dann hat der MOSFET wieder aufgemacht. Durch variieren der Versorgungsspannung habe ich festgestellt, dasz er ploetzlich ~-3.7V U_GS "gebraucht" hat um 180mA flieszen zu lassen. Zuvor waren es ~2.2V gewesen. MOSFET ausgetauscht, Schaltung hat wieder funktioniert (2.55V ueber den Dioden -> ~(2.55 - 0.18*2.2 ~= 2.15V U_GS), I ~= 180mA. Tischmultimeter erneut angeschloszen -> nur noch 70mA. Tischmultimeter wieder weggemacht, Stromabgriff kurzgeschloszen -> unveraendert 70mA. MOSFET war wieder defekt. Habe ihn dann erneut ausgetauscht und anschlieszend ein batteriebetriebenes Handmultimeter (Potentialfrei) angeschloszen, dann ist nichts mehr passiert. Ich habe eine Strippe des TischMM mal ans Oszi gehaengt, da waren so sie ueblichen 2-3V 50Hz drauf, also nix wildes. Was mich jetzt wundert ist die Tatsache dasz der Transistor offenbar durch das Tisch-MM kaputt ging und viel mehr noch, die Art des Defekts naemlich die, dasz er "danach" lediglich eine etwas hoehere U_GS "gebraucht" hat als "davor" im Prinzip aber noch funktionierte. Bisher hatte ich nur erlebt, dasz durch eine zu hohe Gate-Source-Spannung die Isolierschicht des Gates durchschlagen worden ist und dieses dann nicht mehr hochohmig war. Das war hier aber nicht der Fall, denn nach dem Ausloeten der PMLL4148 hatte ich die volle Versorgungsspannung zwischen Gate und dem 5V-Versorgungsanschlusz (sprich : Gate lag durch den 1K-Widerstand gaenzlich auf Massepotential). Nun die eigentliche Frage(n) : Hat jemand schon einmal einen solchen Defekt an einem MOSFET erlebt ? Kennt moeglicherweise jemand den halbleiterphysikalischen Hintergrund und hat eine Theorie was da im Transistor passiert ist ? und somit auch Eine fundierte Theorie ueber die genaue Ursache des Defekts ? Moeglicherweise kennt auch jemand einen Link zu einer Seite wo gaengige Defektmechanismen in MOSFETs aufgezeigt und deren Ursachen dargelegt werden (?) Vielen Dank fuer eure Antworten
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> Kennt moeglicherweise jemand den halbleiterphysikalischen Hintergrund > und hat eine Theorie was da im Transistor passiert ist ? und somit auch > Eine fundierte Theorie ueber die genaue Ursache des Defekts ? Es ist doch sehr wahrscheinlich, dass der Transistor entweder durch eine zu große negative Drain-Source-Spannung (wobei die Gate-Source-Spannung durch die Dioden geklemmt ist) oder durch einen zu großen Rückwärtsstrom durch die Drain-Source-Diode (dabei kann durch den Spannungsabfall an Rs auch die Ugs zu groß werden) zerstört wurde.
Dieter_G schrieb: > Kennt moeglicherweise jemand den halbleiterphysikalischen Hintergrund > und hat eine Theorie was da im Transistor passiert ist ? und somit auch > Eine fundierte Theorie ueber die genaue Ursache des Defekts ? Der MOSFET ist mit einem Ptot von 1.8W angegeben. Dabei ist die unmittelbare Umgebung auf 25°C zu halten. Mit 180mA und den oben angegebenen 5V Betriebsspannung hast du im Kurzschlussfall 0,8W. Und jetzt die große Preisfrage: Hast du den FET auch auf 25°C gehalten? Nein? Na, schaut doch nach dem klassischen Fall der Überlast zu riechen. Dafür spricht auch das Verhalten, dass nun eine höhere Spannung erforderlich ist um den gleichen Strom fließen zu lassen.
Hast du den FET auch auf 25°C gehalten? Muss er doch nicht. Laut DB darf der Fet bei 0,8W bei Ta=95°C betrieben werden.
Michael Köhler schrieb: > Der MOSFET ist mit einem Ptot von 1.8W angegeben. Dabei ist die > unmittelbare Umgebung auf 25°C zu halten. Mit 180mA und den oben > angegebenen 5V Betriebsspannung hast du im Kurzschlussfall 0,8W. Und > jetzt die große Preisfrage: Hast du den FET auch auf 25°C gehalten? Nenene, so einfach ist das nicht, Arnor hat schon recht : T_A musz 25°C sein, nicht T_C(ase). Leider ist in diesem Datenblatt nicht angegeben mit welcher Kuehlflaeche das gilt (manche geben in einer kleinen "Note 1" an, dasz man eine 1 quadrat-Zoll Kupferflaeche braucht um die angegebene Verlustleistung abfuehren zu koennen, insbesondere bei Transistoren im kleinen SOT-23 die auf wundersame weisze 0.5W oder gar mehr vetragen koennen sollen) aber ich bin ja kein newb, 1W im SOT-223 geht locker auch ohne Kuehlflaeche. Und alleine durch den 2.2 Ohm SourceWiderstand komme ich sogar "nur" auf 0.82W, zudem habe ich eine ca. 1cm² Kuehlflaeche. Ich habe den Transistor auch angefasst und der wurde nicht wirklich heisz. Der thermische Widerstand von 25°K/W von Junction zu Case ist auch niedrig genug, so dasz die Junction locker unter den 150°C blieb. Aber auch der Versuchsablauf stellt sicher, dasz es keine Ueberhitzung war : Der Transistor wurde zuvor auch mit hoeherer Spannung (~6V) ueber langere Zeit betrieben. Unmittelbar vor dem Anschlieszen des Tisch-MM hat die Schaltung noch funktioniert und danach nicht mehr. Beim zweiten Transistor das selbe. Diesem habe ich aus Zorn, nachdem er auch kaputt war fuer ca. 3sec. 18V eingeschenkt (Strom ging dann von 70mA wieder auf ueber 200mA :D) und sogar das hat er ohne weitere Veraenderung ueberstanden, er war dann allerdings wirklich heisz :D Also thermische Ueberlast kann ausgeschloszen werden.
@Arnor bzgl. deines ersten Beitrags : Wenn ich das richtig einschaetze vermutest du aber auch nur, richtig ? Klar, es musz ja fast zwangslaeufig eines von beidem gewesen sein, wobei ich die zu grosze Drain-Source-Spannung (also Durchbruch) fuer das unwahrscheinlichere halte und eher die andere Variante, also dasz durch einen ESD-Puls (egal welcher Polaritaet), der vom aus irgendwelchen schleierhaften Gruenden geladenen Tisch-MM ausging und der daraus resultierende Stromspitze in Verbindung mit R_S die max. zulaessige U_GS ueberschritten wurde. Dagegen spricht aber wiederum, dasz das Gate (zumindest bis -5V) noch voll zu isolieren schien. Ich hatte gehofft, dasz es vielleicht jemanden gibt der diese Art von Defekt (und seine Ursache) aus Erfahrung kennt.
Dieter_G schrieb: > Also thermische Ueberlast kann ausgeschloszen werden. Eure Einwendungen sind gut, aber außer thermischer Überlast fiele mir jetzt spontan kein physikalischer Effekt ein, der ein Anstieg von Uth verursachen würde um auf den gleichen Stromfluss zu kommen bei ansonsten identischer Peripherie. ArnoR schrieb: > zu große negative Drain-Source-Spannung Wo sollte die nur her kommen? lt Plan stehen dem System nur 5 V zur Verfügung. ArnoR schrieb: > oder durch einen zu großen Rückwärtsstrom > durch die Drain-Source-Diode Das würde wiederum eine zu große Drain-Source-Spannung bedeutet und mit maximal -5 V ist die alles andere als zu groß. Sie dürfte gar -50V betragen. Kann also auch nicht sein.
> Wo sollte die nur her kommen? lt Plan stehen dem System nur 5 V zur > Verfügung.... Ich meinte damit irgendwelche Potential- oder Isolationsprobleme des zuerst verwendeten Tischmultimeters. Denn: > Habe ihn dann erneut ausgetauscht und anschlieszend ein > batteriebetriebenes Handmultimeter (Potentialfrei) angeschloszen, dann > ist nichts mehr passiert.
@Michael Köhler Michael Köhler schrieb: > Eure Einwendungen sind gut, aber außer thermischer Überlast fiele mir > jetzt spontan kein physikalischer Effekt ein, der ein Anstieg von Uth > verursachen würde um auf den gleichen Stromfluss zu kommen bei ansonsten > identischer Peripherie. Kennst du dich da aus ? Kannst du näheres dazu sagen, wie die thermische Ueberlast letztlich einen Anstieg von U_th bewirkt ? Das interssiert mich sehr. Auch wenn ich thermische Ueberlast wie schon gesagt ausschliesze, ist es dennoch interessant. Michael Köhler schrieb: > ArnoR schrieb: >> zu große negative Drain-Source-Spannung > > Wo sollte die nur her kommen? lt Plan stehen dem System nur 5 V zur > Verfügung. Ja, wie Arno bereits geschrieben hat waere die zu hohe Spannung (wenn sie es denn war) von Potentialdifferenzen her kommen, also elektrostatischer Aufladung. Es gibt diesen Effekt z.B. bei dem von mir verwendeten Oszi wenn ich dessen Erde abklebe - eigentlich um es Potentialfrei zu machen, Aber: Das Ding hat vermutlich ein Schaltnetzteil, jedenfalls hat es offenbar Filterkondis von den Netzleitungen gegen Erde. Dadurch ist dann auf dem Gehaeuse Netzpotential (vermutl. "halbe" Phase, da je ein Kondi von P und N gegen Erde).
Dieter_G schrieb: > Dadurch ist dann auf dem > Gehaeuse Netzpotential (vermutl. "halbe" Phase, da je ein Kondi von P > und N gegen Erde). also natuerlich mit wenig Dampf (Stromstaerke) dahinter da die Kondis ja klein sind, aber ein hochohmiger Punkt, z.B. ein MOSFET-Gate "sieht" eine grosze Spannung und verreckt. Ist mir auch schon passiert.
@Jonathan Strobl Aha, ist ja witzig, bei dem hats die Kennlinie nach unten verschoben.
ArnoR schrieb: > Ich meinte damit irgendwelche Potential- oder Isolationsprobleme des > zuerst verwendeten Tischmultimeters. Achso, ich dachte aus der Schaltung, daher meine Verwirrung. Dieter_G schrieb: > Kennst du dich da aus ? Kannst du näheres dazu sagen, wie die thermische > Ueberlast letztlich einen Anstieg von U_th bewirkt ? Ein wenig. Durch die thermische Last kann die Dotierung beeinflusst werden was durchaus in einem Wegwandern der Threshold-Spannung münden kann.
Hmm, für mich sieht das nach einem halbseidenen Gate-Source-Schaden aus. Dass aussen die maximale Source-Gate-Spannung anliegt, heißt ja nicht, dass auch automatisch die richtige Spannung da anliegt, wo es darauf ankommt. Das ist über dem Kanal-Gebiet am dünnen Gate-Oxid mit dem richtigen Overdrive. Mir fallen da spontan 2 Mechanismen ein. 1) Auf dem Weg dahin kann einiges durch Beschädigungen --> Leckströme --> resultierende Spannungsabfälle verloren gehen. Hatte ich schon, sehr unangenehm und Stelle ist schwer zu lokalisieren. 2) Durch Ladungsträgereinbau in das dünne Gateoxid kann sich die Einsatzspannung verschieben. Das entspricht sehr gut dem, was ich unter Kennlinienverschiebung verstehe. Wenn ich raten müsste, hat das netzbetriebene Messgeraet gut in negativer Richtung am Source ausgeteilt. In dieser Richtung mittels transienter Großsignalspannung ist der MOS nämlich hochohmig und nicht gut geschützt. Die positive Transientenrichtung am Source-Knoten als Ursache ist eher unwahrscheinlich, aber je nach Einprägungsstärke auch möglich. ser's Otto_kar
Otto_kar schrieb: > 2) Durch Ladungsträgereinbau in das dünne Gateoxid kann sich die > Einsatzspannung verschieben. Das entspricht sehr gut dem, was ich unter > Kennlinienverschiebung verstehe. > Wenn ich raten müsste, hat das netzbetriebene Messgeraet gut in > negativer Richtung am Source ausgeteilt. In dieser Richtung mittels > transienter Großsignalspannung ist der MOS nämlich hochohmig und nicht > gut geschützt. Die positive Transientenrichtung am Source-Knoten als > Ursache ist eher unwahrscheinlich, aber je nach Einprägungsstärke auch > möglich. Bist du jetzt von einem N-MOS ausgegangen ? Sehr interessant, dasz sich im Gateoxid Ladungstraeger einnisten koennen, hab ich nicht gewuszt. Kennst du eine Website wo man mehr ueber solche Defektmechanismen nachlesen kann ? Zu deinem Punkt 1.) musz ich sagen, dasz ich dies fuer eher unwahrscheinlich halte, auszer die Leckstroeme waeren so gering, dasz sie an meinem 1K-Widerstand keinen sichtbaren Spannungsabfall verursachen wuerden. Dann mueszte aber die Strecke zum Gate ihrerseits sehr hochohmig sein, damit auf ihr ein signifikanter Spannungsabfall durch diese winzigen Leckstroeme entsteht und ueblicherweise ist sie das ja nicht (Beim BSP315 fehlt diese Angabe, aber wenn ich mich recht erinnere liegt die "Gate-Resistance" (ich glaube so oder so ahnlich heiszt das) ueblicherweise im Bereich weniger Ohm) Ach ja : Vielen Dank an alle fuer eure bisherigen Antworten
Nein, ich meinte schon P-Kanal. Ein N-Kanal wäre in negativer Richtung am Source niederohmig. ser's Otto_kar
> 2) Durch Ladungsträgereinbau War das nicht der NBTI bei p-MOS? http://en.wikipedia.org/wiki/Negative_bias_temperature_instability Ich weiss nur nicht, ob das nur bei kleinen Chipstrukturen auftritt oder auch bei "normalen" Power-MOS...
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