图。不同曲线表示不同电压偏置条件下的电流情况，其中点线代表实测数据， 实线代表模型仿真后得到的结果。如图3所示，在正向偏压（forward bias)下的IV可以 被很好地描述，然而在反向偏压（reverse bias)下模型中的栅控二极管电流被大大低估 (underestimated) 了。因此，需要建立适用于栅控二极管的模型电路。
[0032] 图4示出了栅控二极管的结构示例。如图4所示，栅控二极管的栅极连接到阱（NW 或PW)，正极连接到P+，负极连接到N+。可以采用本发明所提供的模型电路作为如图4所示 的栅控二极管的模型电路。
[0033] 图5示出了根据本发明实施例的、用于图4的栅控二极管的模型电路500。如图5 所示，该模型电路500包括二极管501、电阻502以及电流源503。其中，二极管501与电阻 502串联连接在正极和负极之间；电流源503与二极管501和电阻502并联连接在正极和 负极之间。
[0034] 可选地，二极管501和电阻502可以与如图2所示的常规二极管的等效电路模型 中的二极管和电阻相同。其中，常规二极管例如为STI二极管。电流源503可以为压控电 流源。
[0035] 如前面所述，如果采用图2所示的模型电路对栅控二极管进行建模，在正向偏压 下的IV可以被很好地描述，然而在反向偏压下的IV不能被很好地描述。因此，可以在模型 电路500的电流源503所在的支路加入开关（未在图5中示出），用于控制电流源503所 在的支路的通断。当栅控二极管在正向偏压下时可以使开关断开，从而使用只包括二极管 501和电阻502的与常规二极管模型电路类似的模型电路。当栅控二极管在反向偏压下时 可以使开关闭合，则电流源503例如压控电流源中的电流将以指数方式依赖于正极与负极 之间的电压。
[0036] 具体地，在反向偏压下栅控二极管的泄漏（leakage)机制应在栅极覆盖区域被缺 陷辅助穿隧（trap-assisted-tunneling，TAT)。压控电流源中的电流用等式可以表示为：
[0037] Ivccs = cpre · ff · Nf · | VD | α · exp ( β · VD)
[0038] 其中，cpre、α、β是将提取的三个参数。VD是应用在二极管501上的电压。Nf是 指状分支数目，W是扩散宽度。
[0039] 优选地，压控电流源中的电流还可以表示为：
[0040]
[0041] 其中，W是扩散宽度，Nf是指状分支数目，na、nb、apre、bpre、α、β以及C>b是 被提取的参数，V是所述正极与所述负极之间的电压，T是温度，q是电子电荷，k是玻尔兹 曼常数。等式右边第一项属于场发射（Field emission)，与温度无关；第二项属于弗伦克 尔-普尔发射（Frenkel-Poole emission),与温度有关。
[0042] 上述模型电路可以很好地描述栅控二极管。图6示出了使用图5的模型电路对栅 控二极管进行建模得到的仿真IV与测试IV的比较示意图。不同曲线表示不同电压偏置条 件下的电流情况，其中点线代表实测数据，实线代表模型仿真后得到的结果。如图6所示， 该模型电路下的仿真IV很好地拟合了测试IV。
[0043] 另一方面，本发明还提供一种用于栅控二极管的建模方法，该建模方法包括：建立 常规二极管的等效电路模型，其中等效电路模型包括二极管和电阻，二极管与电阻串联连 接在正极和负极之间；以及添加电流源并使电流源与二极管和电阻并联连接在正极和负极 之间。
[0044] 在本发明的一个实施例中，电流源为压控电流源。
[0045] 在本发明的一个实施例中，添加电流源主要在当栅控二极管在反向偏压下时起作 用。
[0046] 本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于 举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人 员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的 变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由 附属的权利要求书及其等效范围所界定。
【主权项】
1. 一种用于栅控二极管的模型电路，其特征在于，所述模型电路包括二极管、电阻W及 电流源，其中， 所述二极管与所述电阻串联连接在正极和负极之间；W及 所述电流源与所述二极管和所述电阻并联连接在所述正极和所述负极之间。2. 如权利要求1所述的模型电路，其特征在于，所述电流源为压控电流源。3. 如权利要求2所述的模型电路，其特征在于，所述压控电流源中的电流W指数方式 依赖于所述正极与所述负极之间的电压。4. 如权利要求3所述的模型电路，其特征在于，所述压控电流源中的电流用等式表示 为：其中，W是扩散宽度，Nf是指状分支数目，na、nb、apre、bpre、a、目W及Ob是被提取 的参数，V是所述正极与所述负极之间的电压，T是温度，q是电子电荷，k是玻尔兹曼常数。5. 如权利要求1所述的模型电路，其特征在于，所述二极管和所述电阻与常规二极管 的等效电路模型中的二极管和电阻相同。6. 如权利要求5所述的模型电路，其特征在于，所述常规二极管为浅沟槽隔离二极管。7. 如权利要求1所述的模型电路，其特征在于，所述电路还包括开关，所述开关用于控 制所述电流源所在的支路的通断。8. -种用于栅控二极管的建模方法，其特征在于，所述建模方法包括： 建立常规二极管的等效电路模型，其中所述等效电路模型包括二极管和电阻，所述二 极管与所述电阻串联连接在正极和负极之间；W及 添加电流源并使所述电流源与所述二极管和所述电阻并联连接在所述正极和所述负 极之间。9. 如权利要求8所述的建模方法，其特征在于，所述电流源为压控电流源。10. 如权利要求8所述的建模方法，其特征在于，所述添加电流源主要在当所述栅控二 极管在反向偏压下时起作用。
【专利摘要】本发明提供一种用于栅控二极管的建模方法和模型电路。所述模型电路包括：二极管、电阻以及电流源。其中，所述二极管与所述电阻串联连接在正极和负极之间；以及所述电流源与所述二极管和所述电阻并联连接在所述正极和所述负极之间。本发明所提供的用于栅控二极管的模型电路结构简单，易于实现，并且该模型电路可以很好地描述栅控二极管，大大提高电路仿真的准确性。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105512353
【申请号】CN201410554708
【发明人】甘正浩, 张安
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年10月17日