寬禁帶生態(tài)系統(tǒng):快速開關(guān)和顛覆性的仿真環(huán)境 – 第二部分
發(fā)布時(shí)間:2021-05-02 來源:James Victory 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】之前,我們在博客系列《快速開關(guān)和顛覆性的仿真生態(tài)系統(tǒng)》的第1部分介紹了安森美半導(dǎo)體獨(dú)一無二的寬禁帶生態(tài)系統(tǒng)及我們的物理可擴(kuò)展模型。在這第2部分,我們將介紹我們的碳化硅功率MOSFET模型。
現(xiàn)在介紹該模型的幾個(gè)元素,如下所示。首先,我們討論關(guān)鍵通道區(qū)域。這里我們使用著名的伯克利BSIM 3v3模型。只要有可能,我們就盡力不做重復(fù)工作。在本例中,我們嘗試建模一個(gè)適合BSIM模型的MOSFET通道。該模型以物理為基礎(chǔ),通過亞閾值、弱反和強(qiáng)反準(zhǔn)確地捕捉轉(zhuǎn)換過程。此外,它具有很好的速度和收斂性,廣泛適用于多個(gè)仿真平臺。
圖1顯示典型的碳化硅MOSFET器件的橫截面。圖2展示我們精簡版本的子電路模型。
接下來,我們需要包含由EPI區(qū)域的多晶硅重疊形成的門極到漏極的臨界電容CGD。該電容器基本上是高度非線性金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電容器。該電容的耗盡區(qū)域依賴于復(fù)雜的工藝參數(shù),包括摻雜分布、p阱dpw之間的距離和外延層的厚度。基于物理的模型考慮到所有這些影響,采用SPICE不可知論的行為方法實(shí)現(xiàn)。稍后,我們將談?wù)勈裁词荢PICE不可知論方法。
從橫截面開始,我們將介紹芯片布局可擴(kuò)展性的一些概念和構(gòu)造,如圖3所示,灰色區(qū)域是有源區(qū)。藍(lán)色無源區(qū)與裸芯邊緣、門極焊盤(gate pad)和門極流道(gate runners)相關(guān)聯(lián)?;谖锢韼缀蔚膶?dǎo)子決定了無源區(qū)和有源區(qū)之間的分布,這是實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性所必需的。我們非常關(guān)注在有源和無源區(qū)邊界區(qū)域形成的寄生電容。一旦您開始忽略布局中的寄生電容,什么時(shí)候停止?所有可忽略的電容最終加起來就成了一個(gè)問題。在這種情況下無法實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。我們的理念是使寄生電容為0。
碳化硅MOSFET支持非常快的dV/dts,約每納秒50 V至100 V,而dI/dts則支持每納秒3 A至6 A。本征器件門極電阻很重要,可用來抗電磁干擾(EMI)。在圖3中右邊的設(shè)計(jì)有較少的門極流道,因此RG較高;很好地限制振鈴。圖3左邊的設(shè)計(jì)有許多門極流道,因此RG較低。左邊的設(shè)計(jì)適用于快速開關(guān),但每個(gè)區(qū)域有更高的RDSon,因?yàn)殚T極流道吞噬了有源區(qū)。
我們在該系列博客的下一篇將談?wù)勌蓟韫β蔒OSFET模型驗(yàn)證,請繼續(xù)關(guān)注。
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