一种碳化硅肖特基二极管c5d50065d的仿真模型的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种仿真模型，具体涉及一种碳化硅肖特基二极管C5D50065D的仿真 模型。
【背景技术】
[0002] 随着碳化硅功率器件的不断研究和发展，不同功率等级的碳化硅肖特基二极管逐 渐市场化。碳化硅肖特基二极管具有开关速度快、反向电压值大、耐受温度高的优点，在电 力电子应用中占据着重要的地位。由于目前碳化硅肖特基二极管的仿真模型与器件市场化 的不同步，使得基于碳化硅肖特基二极管的电路仿真缺失，为碳化硅肖特基二极管的进一 步应用与推广造成了困难。因此，需要建立准确的碳化硅肖特基二极管仿真模型，从而精确 地评估碳化硅肖特基二极管在不同应用条件下的工作特性，为电力电子相关设计者提供参 考和依据。
[0003] 目前，现有的碳化硅肖特基二极管模型主要是依据其内部物理机理建立的，存在 一些未知的物理参数。然而，通常，需要应用碳化硅肖特基二极管仿真模型的电力电子电路 设计者，缺乏对碳化硅肖特基二极管物理结构的深入了解，同时，缺少测试碳化硅肖特基二 极管物理参数的专业仪器。2014年，cree公司新推出了 650V，50A的碳化硅肖特基二极管 C5D50065D，非常适用于应用在车载充电器，航空航天以及军用电源中。然而，cree公司并 没有推出碳化硅肖特基二极管C5D50065D的仿真模型，阻碍了⑶D5006?的广泛应用。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的一个目的在于提出一种碳化硅肖特基二极管C5D50065D的仿真模 型。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种碳化硅肖特基二极管C?5006ro的仿真模型，包括：第一压控电流源，所述第一压控电流源串接在第一节点和第 二节点之间，所述第一压控电流源用于模拟碳化硅肖特基二极管的正向特性和反向特性； 温控电阻，所述温控电阻串联在所述第一压控电流源与所述第二节点串联的电路上，所述 温控电阻用于模拟碳化硅肖特基二极管的漂移区电阻；第二压控电流源，所述第二压控电 流源的一端与所述第一节点连接，所述第二压控电流源的另一端与所述第二节点连接，所 述第二压控电流源用于模拟碳化硅肖特基二极管的结电容；以及建模模块，所述建模模块 用于根据所述碳化硅肖特基二极管的正向特性曲线，电容与反向电压曲线提取出的饱和电 流、所述碳化硅肖特基二极管的面积、金属与N-半导体之间的势皇高度和肖特基势皇两端 的电压以及根据所述碳化硅肖特基二极管的反向特性曲线提取出的拟合参数为所述第一 压控电流源进行建模；所述建模模块还用于根据所述碳化硅肖特基二极管的正向特性曲 线，电容与反向电压曲线提取出的漂移区载流子浓度、漂移区厚度和变温度电子迀移率、所 述碳化硅肖特基二极管的面积为所述温控电阻建模；所述建模模块还用于根据所述碳化硅 肖特基二极管的正向特性曲线，电容与反向电压曲线提取出的漂移区载流子浓度、所述碳 化硅肖特基二极管的面积、所述碳化硅肖特基二极管的反向电压和所述金属与N-半导体 之间的势皇高度对所述第二压控电流源进行建模。
[0007] 根据本发明实施例的一种碳化硅肖特基二极管C?5006ro的仿真模型，不需 要建模者具有深入的器件半导体知识和专业的器件测试条件，为碳化硅肖特基二极 管C5D50065D的建模提供了 一种新的思路，能够广泛应用于含有碳化硅肖特基二极管 C?5006ro的电力电子电路仿真。
[0008]另外，根据本发明上述实施例的一种碳化硅肖特基二极管C5D50065D的仿真模 型，还可以具有如下附加的技术特征：
[0009] 进一步地，所述第一压控电流源的模型表达式为：
[0010]
[0011] 其中，GD表示所述第一压控电流源，VD为肖特基势皇两端的电压，VAK为所述第一节 点与所述第二节点之间的电势差，A为所述碳化硅肖特基二极管的面积，Y为理查森常数， %表示金属与N-半导体之间的势皇高度，T表示绝对温度，q表示电子电荷，k表示玻尔兹 曼常数，η表示理想因子，VKA为所述第二节点与所述第一节点之间的电势差，PρP2、P3、P4、 P5、P6均表示拟合参数。
[0012] 进一步地，所述温控电阻的模型表达式为：
[0013]
[0014] 其中，RD表示所述温控电阻的电阻值，LD表示漂移区厚度，ND表示漂移区载流子浓 度，yD(T)表示变温度电子迀移率，A表示所述碳化硅肖特基二极管的面积。
[0015] 进一步地，所述第二压控电流源的模型表达式为：
[0016]
[0017]其中，Ge表示所述第二压控电流源，ε。表示真空介电常数，ε1^表示碳化硅的相对 介电常数，ND表示漂移区载流子浓度，％表示金属与Ν-半导体之间的势皇高度，VR表示所 述碳化硅肖特基二极管承受反向电压，A表示所述碳化硅肖特基二极管的面积。
[0018] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0019] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0020] 图1是本发明一个实施例的碳化硅肖特基二极管仿真模型电路的示意图；
[0021] 图2是本发明一个实施例的⑶D5006?正向特性曲线示意图；
[0022] 图3是本发明一个实施例的C?5006ro典型电容与反向电压曲线示意图；
[0023] 图4是本发明一个实施例的⑶D5006?反向特性曲线示意图；
[0024] 图5是本发明一个实施例的C5D5006?仿真与datasheet正向特性对比示意图；
[0025] 图6是本发明一个实施例的C5D5006f5D仿真与datasheet反向特性对比示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0027] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于 附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所 指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发 明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性。
[0028] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可 以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0029] 参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述 和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施 例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的 实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0030] 以下结合附图描述根据本发明实施例的一种碳化硅肖特基二极管C5D50065D的 仿真模型。
[0031] PSpice仿真模型电路如图1所示。
[0032] 其主要组成部分是两个压控电流源GD，GC和一个电阻RD。其中，GD为电压VD与VKA 控制的电流源，用于模拟碳化硅肖特基二极管C5D50065D的正向特性和反向特性。RD为温 控电阻，用于模拟碳化硅肖特基二极管C5D5006f5D的漂移区电阻。Ge为电压VKA控制的电流 源，用于模拟碳化硅肖特基二极管C5D50065D的结电容。
[0033] 一、碳化硅肖特基二极管C5D50065D的PSpice仿真模型的建立
[0034] 1、电压控制电流源GD建模
[0035] 在正向偏置电压条件下，通过碳化硅肖特基二极管的电流^可以用下式表示：
[0036]
(6-1)
[0037] 其中，Is是饱和电流，A是碳化硅肖特基二极管的面积，A#是理查森常数，涔是金 属与N-半导体之间的势皇高度，η是理想因子，T是绝对温度，q是电子电荷，k是玻尔兹曼 常数，VD是肖特基势皇两端的电压。
[0040]其中，P"P2,P3,P4,P5,P6是拟合参数。[0041] 因此，电压控制电流源GD的表达式如下：[0042]
[0038] 在反向偏置电压条件下，通过碳化硅肖特基二极管的反向漏电流IR可以用下式表 示：
[0039] (6-2)
[0043]2、漂移区电阻RD建模
[0044] 漂移区电阻RD可以用式（6-4)表示。
[0045]
(.6-4)：
[0046]其中，LD是漂移区厚度，ND是漂移区载流子浓度，μD(T)是变温度电子迀移率，A表 示所述碳化硅肖特基二极管的面积。yD(T)可以用式（6-5)表示。
[0047]
( 6-5 )
[0048] 其中，μ3。。是常温T=300K时的载流子迀移率，T是绝对温度，X为与温度有关的 拟合参数。
[0049]3、电压控制电流源Ge建模
[0050] 由于肖特基二极管是多子器件，因此在正向导通时，不存在少子注入漂移