功率晶体管模型制造技术

技术编号:14618779 阅读:209 留言:0更新日期:2017-02-10 10:17
本发明专利技术涉及功率晶体管模型。描述了功率晶体管模型,所述功率晶体管模型包括源极漏极路径、在所述源极漏极路径中的第一电流源和压控第二电流源,所述第一电流源和压控第二电流源模拟被模拟的功率晶体管的静态电压电流关系,其中压控第二电流源模拟功率晶体管的漂移区的非线性行为。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及功率晶体管模型
技术介绍
对于复杂的电子电路的设计,典型地执行仿真用于验证电子电路的功能性并且用于优化它的性能。对于这样的仿真,期望在电路中使用的部件的准确模型。特别地,期望在少量付出的情况下能够使用的功率晶体管的准确模型。
技术实现思路
根据一个实施例,提供了功率晶体管模型,所述功率晶体管模型包含源极漏极路径、在所述源极漏极路径中的第一电流源和压控第二电流源,所述第一电流源和压控第二电流源模拟被模拟的功率晶体管的静态电压电流关系,其中压控第二电流源模拟功率晶体管的漂移区的非线性行为。根据进一步的实施例,提供了功率晶体管模型,所述功率晶体管模型包含栅极端子、源极端子和漏极端子以及包含一个或多个非线性电压相关电容的电容网络,其中每个非线性电压相关电容被连接在漏极端子和源极端子或漏极端子和栅极端子之间。进一步,根据一个实施例,提供了用于使用如以上描述的功率晶体管模型中的一个或组合来仿真包含功率晶体管的电子电路的行为的方法。附图说明在附图中,贯穿不同的视图,相似的参考字符一般指代相同的部分。附图未必成比例,重点反而一般被放置在图解本专利技术的原理上。在下面的描述中,参考下面的附图描述了各种方面,在下面的附图中:图1示出包含标准元件和标准晶体管的功率晶体管的典型的等效电路图。图2示出根据实施例的功率晶体管模型。图3示出根据进一步的实施例的功率晶体管模型。图4示出根据一个实施例的晶体管模型的晶体管子电路。图5示出根据一个实施例的晶体管模型的电容网络。图6示出根据一个实施例的晶体管模型的封装寄生网络。图7示出根据实施例的晶体管模型的输出特性。图8示出根据实施例的晶体管模型的转移特性。图9到14图解根据实施例的晶体管模型的漏极栅极电容的非线性。图15到18图解根据实施例的晶体管模型的漏极源极电容的非线性。具体实施方式下面的具体描述参考附图,所述附图以图解的方式示出在其中可以实践本专利技术的本公开的特定细节和方面。可以利用其他方面并且可以进行结构的、逻辑的和电气的改变而不脱离本专利技术的范围。本公开的各种方面未必互相排斥,因为本公开的一些方面能够与本公开的一个或多个其他方面组合以形成新的方面。对于复杂的电子电路或系统的开发,功能性典型地针对期望的性能依靠电路仿真而被检查和优化。对于这样的仿真,合适的部件模型是必要的,所述合适的部件模型以充分的准确性针对各种操作点电学地(并且也可能热学地)描述电气部件的行为。为了获得所述充分的准确性,存在从等级0到等级3变动的模型等级。虽然MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为集成电路的部件的模拟具有悠久的传统(例如,基于BSIM(伯克利短沟道IGFET模型)的晶体管模型被广泛使用),但是功率MOSFET的特性典型地以低准确性被模拟。例如,因为功率MOSFET的结构包含大量具有针对电强度的串联连接的漂移区的用于缩放电阻的MOS单元,基于BSIM的模型典型地不适合,因为BSIM被优化以解决诸如例如短沟道效应(诸如漏致势垒降低)的大规模集成的问题。特别地,典型地不由紧凑模型模拟具有漏极电流的非线性效应并且表征垂直功率MOSFET的漂移区。进一步,诸如多层外延超级结MOS晶体管的功率晶体管的寄生电容具有非常特有的行为。也就是,由于工艺结构,依赖电压的容量可以具有突然弯曲。标准化的紧凑模型能够典型地不考虑这个特性。存在各种用于基于模型描述功率MOSFET的特性的途径。基于计算机验证晶体管的功能性的简单并且快速的方式是使用紧凑模型的仿真。存在大量的主要由公司、研究所和大学开发的分析模型,所述公司、研究所和大学典型地也具有所述分析模型的专有权。CMC(紧凑模型委员会)是处理紧凑模型的可用性、仿真器接口的定义以及标准化的国际工作团体。流行的电路仿真工具(像PSpice、ADS、Spectre等)一般具有标准化的晶体管库。紧凑模型典型地被认为具有下面的益处:-模型的标准化和版本化-在各种仿真器环境中的一般可用性-高可靠性和稳定性(因为它们由CMC彻底地测试和评价)-短仿真时间-具体的描述和手册。在下面,给出流行的紧凑模型关于它们对于功率晶体管例如SJ-MOSFET(超级结MOSFET)诸如CoolMOS的适用性的比较a)标准的MOS等级1-3(等级1:Schichman-Hodges模型,等级2:Grove-Frohman模型、等级3:经验模型)-没有考虑非线性漂移区的模拟-没有实现体二极管-没有考虑输入、输出和密勒电容b)BSIM(伯克利短沟道IGFET模型)-没有考虑非线性漂移区的模拟-高复杂性、大量的参数(例如BSIM3v3近似130个)-电容模型对于SJ-FET不适合-考虑了许多对于功率MOS晶体管不重要的效应(诸如沟道长度调制等)。c)HiSIM-没有考虑非线性漂移区的模拟-高复杂性、大量的参数-物理模型,该物理模型的结构与SJ-MOSFET不对应并且由此是不适当的-容量模型对于SJ-FET不适合d)HiSIM-HV-高复杂性、大量的模型参数(例如对于版本1.2.0近似300个)-容量模型对于SJ-FET不是充分准确的-仅仅横向模型是可用的。例如CoolMOS具有垂直的拓扑-在不同的仿真器中行为不一致。用于模拟MOS晶体管的另一个途径是等效电路图的开发。这个途径是典型在紧凑模型单独不能够充分地描述部件(即在本情况下的晶体管)的电气特性时或在存在因为模型没有反映的工艺结构的效应时使用的。对于SJ-MOSFET,存在例如下面的典型的特性:-由在p柱周围的空间电荷区的收缩引起漏极源极路径(漂移区)中的电流的非线性。这个电气行为能够被描述为J-FET(结FET)效应。-体二极管由在源极柱(p掺杂的)和衬底(n掺杂的)之间的SJ-MOSFET的工艺结构唯一限定。因为在多数的紧凑模型中不存在这个二极管功能,因此需要外部添加所述二极管功能。-典型的电容模型没有恰当地反映寄生电容的行为,所述寄生电容的行为受突然弯曲和不连续性影响。图1示出包含标准的元件和标准的晶体管的功率晶体管的典型的等效电路图100。根据等效电路图100,功率晶体管包含第一n沟道场效应晶体管101,所述第一n沟道场效应晶体管101的漏极形成功率晶体管的漏极端子并且所述第一n沟道场效应晶体管101的源极经第一电阻器102与第二n沟道场效应晶体管103连接,所述第二n沟道场效应晶体管103的源极形成功率晶体管的源极端子并且所述第二n沟道场效应晶体管103的栅极形成功率晶体管的栅极端子。第一n沟道FET101的栅极经第二电阻器104被连接到它的源极。功率晶体管的源极经第一二极管105和第三电阻器106的串联连接被连接到它的漏极。进一步,它的源极经第二二极管10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率晶体管模型,包括:源极漏极路径;在所述源极漏极路径中的第一电流源和压控第二电流源,模拟被模拟的功率晶体管的静态电压电流关系;其中压控第二电流源模拟功率晶体管的漂移区的非线性行为。

【技术特征摘要】
2014.10.15 US 14/5144761.一种功率晶体管模型,包括:
源极漏极路径;
在所述源极漏极路径中的第一电流源和压控第二电流源,模拟被模拟的功率晶体管的静态电压电流关系;
其中压控第二电流源模拟功率晶体管的漂移区的非线性行为。
2.权利要求1中的所述功率晶体管模型,其中压控第二电流源模拟JFET效应。
3.权利要求1中的所述功率晶体管模型,其中第二电流源是由在第二电流源之上的电压来压控的。
4.权利要求1中的所述功率晶体管模型,其中第二电流源具有非线性电阻器的行为。
5.权利要求1中的所述功率晶体管模型,其中第二电流源被串联连接到第一电流源。
6.权利要求1中的所述功率晶体管模型,其中第一电流源给出依赖功率晶体管的漏极源极电压并且依赖功率晶体管的栅极源极电压的沟道电流。
7.权利要求1中的所述功率晶体管模型,其中第一电流源给出依赖功率晶体管的有源区域的尺寸的沟道电流。
8.权利要求1中的所述功率晶体管模型,进一步包含被布置在与包括第一电流源的源极漏极路径的部分并联的路径中的体二极管模型。
9.权利要求8的所述功率晶体管模型,其中路径与包括第二电流源的源极漏极路径的部分串联。
10.一种功率晶体管模型,包括:
栅极端子,源极端子和漏极端...

【专利技术属性】
技术研发人员:K比伊克塔斯G内鲍尔A施勒格尔U瓦尔
申请(专利权)人:英飞凌科技奥地利有限公司
类型:发明
国别省市:奥地利;AT

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