功率晶体管模型的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及功率晶体管模型。
【背景技术】
[0002] 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。对于运样的仿真，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。
【发明内容】
[0003] 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。
[0004] 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W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。
[0005] 进一步，根据一个实施例，提供了用于使用如W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】
[0006] 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发明的原理上。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。
[0007] 图2示出根据实施例的功率晶体管模型。
[000引图3示出根据进一步的实施例的功率晶体管模型。
[0009] 图4示出根据一个实施例的晶体管模型的晶体管子电路。
[0010] 图5示出根据一个实施例的晶体管模型的电容网络。
[0011] 图6示出根据一个实施例的晶体管模型的封装寄生网络。
[0012] 图7示出根据实施例的晶体管模型的输出特性。
[0013] 图8示出根据实施例的晶体管模型的转移特性。
[0014] 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。
[001引图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】
[0016] 下面的具体描述参考附图，所述附图W图解的方式示出在其中可W实践本发明的 本公开的特定细节和方面。可W利用其他方面并且可W进行结构的、逻辑的和电气的改变 而不脱离本发明的范围。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W形成新的方面。
[0017] 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。对于运样的仿真，合适的部件模型是必要的，所述合适的部件模型W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。
[0018] 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W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W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。
[0019] 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W具有突然弯曲。标准化的紧 凑模型能够典型地不考虑运个特性。
[0020] 存在各种用于基于模型描述功率MOSFET的特性的途径。
[0021] 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W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。
[0022] 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 MOS阳T )诸如CooIMOS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 iGrove-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IG阳T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-MOS阳T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CooIMOS具有垂直的拓扑 -在不同的仿真器中行为不一致。
[0023] 用于模拟MOS晶体管的另一个途径是等效电路图的开发。运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。
[0024] 对于SJ-MOS阳T，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。 运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渗杂的）和衬底（n渗杂的）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运个二极管功能，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。
[00巧]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。
[0026] 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。
[0027] 第一 n沟道阳T 101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=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107和电容108的并联连接被连接到第二n沟道FET 103的漏极。
[0028] 在下面，描述了允许功率场效应晶体管的准确的和高效的模拟的功率晶体管模型 的实施例。
[0029] 图2示出根据实施例的功率晶体管模型200。
[0030] 功率晶体管模型200包含源极漏极路径201、在所述源极漏极路径中的第一电流 源202和压控第二电流源203，所述第一电流源202和压控第二电流源203模拟被模拟的功 率晶体管的静态电压电流关系。
[0031] 压控第二电流源202模拟功率晶体管的漂移区的非线性行为。
[0032] 根据一个实施例，换言之，压控电流源被包含在功率晶体管模型中，所述压控电流 源被控制使得它反映功率晶体管漂移区的行为。
[0033] 压控第二电流源例如模拟JFET效应。
[0034] 根据一个实施例，第二电流源是由在第二电流源之上的电压来压控的。
[0035] 第二电流源具有例如非线性电阻器的行为。
[0036] 根据一个实施例，第二电流源被串联连接到第一电流源。
[0037] 第一电流源例如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。
[0038] 第一电流源可W给出依赖功率晶体管的有源区域的尺寸的沟道电流。
[0039] 根据一个实施例，功率晶体管模型进一步包含被布置在与包含第一电流源的源极 漏极路径的部分并联的路径中的体二极管模型。
[0040] 路径例如与包含第二电流源的源极漏极路径的部分串联。
[0041] 图3示出根据实施例的功率晶体管模型300。
[0042] 功率晶体管模型300包含栅极端子301、源极端子302和漏极端子303。
[0043] 功率晶体管模型300进一步包含了包含一个或多个非线性电压相关电容304的电 容网络，其中每个非线性电压相关电容304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。
[0044] 根据一个实施例，换言之，包含至少一个非线性电压相关电容的电容网络被包含 在功率晶体管模型中。
[0045] 根据一个实施例，电容网络进一步包含连接在漏极端子和源极端子之间的电容。
[0046] 连接在漏极端子和源极端子之间的电容是例如电压无关电容。
[0047] 根据一个实施例，电容网络进一步包含连接在栅极端子和源极端子之间的电容。
[0048] 连接在栅极端子和源极端子之间的电容是例如电压无关电容。
[0049] 根据一个实施例，每个非线性电压相关电容依靠压控电压源来模拟。
[0050] 每个非线性电压相关电容例如依靠压控电压源和电压无关电容的串联连接来模 拟。
[0051] 根据一个实施例，电容网络包含一个或多个连接在漏极端子和源极端子之间的非 线性电压相关电容并且包含一个或多个连接在漏极端子和栅极端子之间的非线性电压相 关电容。
[0052] 电容例如模拟寄生电容。寄生电容的行为例如由个别的、基于公式的确定来解决。
[0053] 应该注意到根据图2和图3的功率晶体管模型的特征可W被组合到一个功率晶体 管模型(包含任何可选的特征）中。
[0054] 根据一个实施例，例如诸如像CooIMOS的超级结MOS阳T的功率MOS阳T的功率晶 体管的特性被模拟(例如通过计算机实现的模型)。模型可W例如被用于系统或电路设计中 从而W高准确性考虑被模拟的部件的特性。例如使用根据W上功率晶体管模型中的一个或 组合的功率晶体管模型来执