FET N-канала LDMOS

N-канал со стороны рассеял металлооксидный полупроводник или вертикально рассеял метал-оксидные полупроводниковые транзисторы, подходящие для высокого напряжения

Библиотека

Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters

Описание

Блок N-Channel LDMOS FET позволяет вам модель LDMOS (или VDMOS) транзисторы, подходящие для высокого напряжения. Модель основана на поверхностном потенциале и включает эффекты из-за расширенного дренажа (дрейф) область:

Нелинейные емкостные эффекты сопоставлены с областью дрейфа
Поверхностное рассеивание и скоростное насыщение в области дрейфа
Скоростное насыщение и модуляция длины канала в области канала
Заряжайте сохранение в модели, таким образом, можно использовать модель для заряда чувствительные симуляции
Внутренний диод тела
Противоположное восстановление в диодной модели тела
Температурное масштабирование физических параметров
Для теплового варианта (см. Тепловой Порт), динамическое самонагревание

Физическую структуру модели показывают в следующей фигуре.

Область канала находится в p + область, от в большой степени n-doped источник хорошо в конец p + область. Область дрейфа является слегка содержащим присадку расширением дренажа. Далее вниз существует эпитаксиальный слой p-типа, и затем целая структура включена в большой степени p-doped подложка. Окись логического элемента является тонкой по целой области канала и по части области дрейфа. Далее в область дрейфа, окись логического элемента имеет большую толщину в локальном оксидировании кремния (LOCOS) область.

Следующие данные показывают эквивалентную схему модели.

Подход моделирования подобен [1]. Перекрытия контакта логического элемента с источником и n-скважинами дренажа моделируются как смешанные линейные емкости. Канал (p +) область моделируется с помощью поверхностной-потенциалом модели MOSFET. P-n переход между источником/объемом и дренажом моделируется с помощью идеального диода, и включая соединение и включая емкости диффузии. Область дрейфа под тонкой окисью логического элемента моделируется согласно поверхностно-потенциальной формулировке, которая включает:

Ток из-за слоя накопления в полупроводниково-окисном интерфейсе
Ток из-за электронов, текущих к дренажу глубже в области дрейфа

Область пространственного заряда между эпитаксиальным слоем и область дрейфа представлены с помощью эффекта зажимания на текущее течение через объем области дрейфа. Часть LOCOS области дрейфа моделируется как смешанный, последовательный резистор, и существуют также серийные сопротивления, добавленные к источнику, и пропускают контакты.

Для подробного описания модели канала см. поверхностную-потенциалом модель блока N-Channel MOSFET. Модель области дрейфа так же выведена от поверхностного потенциала с помощью уравнения Пуассона. Для полупроводника n-типа при приближении постепенного канала уравнения определения:

$\frac{\partial^{2} ψ}{\partial y^{2}} \approx \frac{q N_{D}}{ε_{S i}} [- 1 - \exp (\frac{- ψ - 2 ϕ_{B}}{ϕ_{T}}) + \exp (\frac{ψ - V_{C B}}{ϕ_{T}})]$

$ϕ_{T} = \frac{k_{B} T}{q}$

где:

ψ является электростатическим потенциалом.
q является значением электронного заряда.
_ND является плотностью легирования области дрейфа.
_ɛSi является диэлектрической проницаемостью полупроводникового материала (например, кремний).
_ϕB является различием между внутренним уровнем Ферми и уровнем Ферми глубоко в области дрейфа.
_VCB является потенциалом квазиферми области дрейфа, на которую ссылаются к объему.
_ϕT является тепловым напряжением.
_kB является константой Больцманна.
T является температурой.

Если мы пропускаем инверсию для модели постоянного тока, мы получаем следующее текущее выражение:

$I_{D} = \frac{1}{1 + θ_{s a t} V_{D K}} [\frac{f_{l i n}}{R_{D}} V_{D K} + \frac{β}{2} \cdot \frac{V_{G K}^{2} - V_{G D}^{2}}{1 + \frac{θ_{s u r f}}{2} (V_{G K} + V_{G D})}]$

где:

_ID является текущим дренажом.
_θsat является скоростным насыщением.
_Vij является разностью потенциалов между узлами i и j, где индексы D и K относятся к дренажу и к соединению канала и областей дрейфа, соответственно, и преобразовывают G в нижний индекс, относится к логическому элементу с исправлением из-за flatband применяемого напряжения.
_flin/_RD представляет проводимость объема области дрейфа, включая эффект зажимания из-за истощения от интерфейса дрейфа эпитаксиального слоя.
β является усилением слоя накопления в интерфейсе между областью дрейфа и тонкой окисью логического элемента.
_θsurf является параметром, который составляет рассеивание в слое накопления из-за вертикального электрического поля.

Зажимание прочь объемной части области дрейфа описано

$f_{l i n} = 1 - λ_{D} \frac{\sqrt{V_{b i} + V_{S B}} - \sqrt{V_{b i}}}{\sqrt{V_{b i}}}$

где:

_λD является параметром, представляющим n-сторону вертикальная глубина области пространственного заряда вдоль интерфейса дрейфа эпитаксиального слоя при нулевом смещении, разделенном на вертикальную глубину неистощенной части области дрейфа при нулевом смещении.
В фигуре главная сплошная линия является полупроводниковой поверхностью. Более низкая сплошная линия является соединением между областью дрейфа и эпитаксиальным слоем. Пунктирные линии показывают степень области пространственного заряда вокруг интерфейса эпитаксиального слоя дрейфа. _λD является _y1/_y2 при нулевом смещении.
_Vbi является встроенным напряжением для диода дрейфа эпитаксиального слоя.
_VSB является напряжением исходного тела, используемым в качестве приближения к смещению, примененному через диод дрейфа эпитаксиального слоя. Используя это напряжение вместо _VKB более численно стабильно, и выравнивается по ширине потому что большинство падений напряжения источника дренажа через область дрейфа в транзисторе на состоянии.

Модель заряда подобна той из поверхностной-потенциалом модели MOSFET с дополнительными выражениями, чтобы составлять заряд в области дрейфа. Блок использует выведенные уравнения, как описано в [1], которые включают и инверсию и накопление в области дрейфа.

Моделирование диода тела

Блок моделирует диод тела как идеал, экспоненциальный диод и с соединением и с емкостями диффузии:

$I_{d i o} = I_{s} [\exp (- \frac{V_{D B}}{n ϕ_{T}}) - 1]$

$C_{j} = \frac{C_{j 0}}{\sqrt{1 + \frac{V_{D B}}{V_{b i}}}}$

$C_{d i f f} = \frac{τ I_{s}}{n ϕ_{T}} \exp (- \frac{V_{D B}}{n ϕ_{T}})$

где:

_Idio является током через диод.
_Is является противоположным текущим насыщением.
_VDB является напряжением тела дренажа.
n является фактором идеальности.
_ϕT является тепловым напряжением.
_Cj является емкостью перехода диода.
_Cj0 является емкостью перехода нулевого смещения.
_Vbi является встроенным напряжением.
_Cdiff является емкостью диффузии диода.
τ является временем транспортировки.

Емкости заданы посредством явного вычисления зарядов, которые затем дифференцируются, чтобы дать емкостные выражения выше. Блок вычисляет емкостные диодные токи как производные времени соответствующих зарядов, подобных вычислению в поверхностной-потенциалом модели MOSFET.

Моделирование температурной зависимости

Поведение по умолчанию состоит в том, что зависимость от температуры не моделируется, и устройство моделируется при температуре, для которой вы обеспечиваете параметры блоков. Чтобы смоделировать зависимость от температуры во время симуляции, выберите Model temperature dependence для параметра Parameterization на вкладке Temperature Dependence.

Модель включает температурные эффекты на характеристики емкости, а также моделирование зависимости транзистора статическое поведение на температуре во время симуляции.

Параметр Measurement temperature на вкладке Main задает температурный _Tm1, в котором были извлечены другие параметры устройства. Параметры Temperature Dependence обеспечивают температуру симуляции, _Ts и температурные масштабные коэффициенты для других параметров устройства. Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы представить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и представляет параметры Thermal Port.

Используйте тепловой порт, чтобы моделировать эффекты выработанного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции в Полупроводниках.

Тепловой вариант блока включает динамическое самонагревание, то есть, позволяет вам моделировать эффект самонагревания на электрических характеристиках устройства.

Порты

G: Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным выводом затвора
D: Электрический порт сохранения, сопоставленный с транзистором, истощает терминал
S: Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным исходным терминалом

Основной

Gain, [channel drift_region]

Усиление, β, областей MOSFET. Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа. Этот параметр, в основном, задает линейную область операции на характеристике _D–_VDS I. Значения обоих элементов должны быть больше, чем 0. Значение по умолчанию является [11.6, 0.01]^A/V2.

Flatband voltage, [channel drift_region]

flatband напряжение, _VFB, задает смещение затвора, которое должно быть применено в порядке достигнуть flatband условия в поверхности кремния. Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа. Значением по умолчанию является [-1.05, -0.1] V. Можно также использовать этот параметр, чтобы произвольно переключить пороговое напряжение из-за существенных различий в функции работы, и к захваченным интерфейсным или окисным зарядам. На практике, однако, обычно рекомендуется изменить пороговое напряжение при помощи Body factor и параметров Surface potential at strong inversion сначала, и только использовать этот параметр для подстройки.

Пороговое напряжение для области канала, для закороченной объемной источником связи, приблизительно

$V_{T} = V_{F B} + 2 ϕ_{B} + 2 ϕ_{T} + γ \sqrt{2 ϕ_{B} + 2 ϕ_{T}}$

где 2_ϕB поверхностный потенциал при сильной инверсии, и γ является фактором тела, обоими в области канала.

Body factor, [channel drift_region]

Фактор тела, γ, в поверхностно-потенциальном уравнении. Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа. Значение по умолчанию является [3.4, 2.5]^V1/2.

Для области канала фактор тела

$γ = \frac{\sqrt{2 q ε_{S i} N_{A}}}{C_{o x}}$

Смотрите страницу с описанием блока N-Channel MOSFET для получения дополнительной информации об этом уравнении. Уравнение области дрейфа подобно, за исключением того, что _NA заменяется плотностью легирования, N _D. Значение параметров области канала, в основном, влияет на пороговое напряжение. Для области дрейфа этот параметр, в основном, влияет на модель заряда, и также имеет незначительный эффект на повышение - от поведения объемного тока через область дрейфа.

Surface potential at strong inversion, [channel drift_region]

2_ϕB называют в поверхностно-потенциальном уравнении. Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа. Значением по умолчанию является [0.95, 0.95] V.

Значение параметров области канала также, в основном, влияет на пороговое напряжение. Для области дрейфа этот параметр влияет на модель заряда только.

Velocity saturation factor, [channel drift_region]

Скоростное насыщение, θ _{находился} в текущем дренажом уравнении. Используйте этот параметр в случаях, куда хорошая подгонка к линейной операции приводит к насыщению, текущему, который слишком высок. Путем увеличения этого значения параметров вы уменьшаете текущее насыщение. Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа. Значением по умолчанию является [0.0, 0.1] 1/V, что означает, что скоростное насыщение в области канала прочь по умолчанию.

Drift region surface scattering factor

Фактор рассеивания поверхности, _θsurf, в текущем дренажом уравнении. Этот параметр применяется к области дрейфа только и счетам на рассеивание в слое накопления из-за вертикального электрического поля. Значением по умолчанию является 0 1/против.

Channel-length modulation factor

Фактор, α, умножая логарифмический термин в уравнении _GΔL. Смотрите страницу с описанием блока N-Channel MOSFET для получения дополнительной информации об этом уравнении. Этот параметр описывает начало модуляции длины канала. Для характеристик устройства, которые показывают положительную проводимость в насыщении, увеличьте значение параметров, чтобы соответствовать этому поведению. Этот параметр применяется к области канала только. Значением по умолчанию является 0, что означает, что модуляция длины канала прочь по умолчанию.

Channel-length modulation voltage

Напряжение _Vp в уравнении _GΔL. Смотрите страницу с описанием блока N-Channel MOSFET для получения дополнительной информации об этом уравнении. Этот параметр управляет напряжением дренажа, при котором модуляция длины канала начинает становиться активной. Этот параметр применяется к области канала только. Значение по умолчанию является мВ 50.

Linear-to-saturation transition coefficient

Этот параметр управляет, как гладко переходы MOSFET от линейного в насыщение, особенно когда скоростное насыщение включено. Этот параметр можно обычно оставлять в его значении по умолчанию, но можно использовать его, чтобы подстроить колено _ID –_VDS характеристика. Этот параметр применяется и к каналу и к областям дрейфа. Ожидаемая область значений для этого значения параметров между 2 и 8. Значением по умолчанию является 8.

Measurement temperature

Температурный _Tm1, в котором измеряются параметры блоков. Если параметр Device simulation temperature на вкладке Temperature Dependence будет отличаться от этого значения, то параметры устройства будут масштабироваться от их заданных значений согласно симуляции и ссылочным температурам. Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость. Значением по умолчанию является 25 °C.

Омическое сопротивление

Source ohmic resistance: Транзисторное исходное сопротивление, то есть, серийное сопротивление сопоставлено с исходным контактом. Значение по умолчанию является Омом 1e-4. Значение должно быть больше, чем или равным 0.
Drain ohmic resistance: Транзисторное сопротивление дренажа, то есть, серийное сопротивление сопоставило с контактом стока и с частью LOCOS области дрейфа, на которую в большой степени не влияет прикладное напряжение затвора. Значение по умолчанию является Омом 0.07. Значение должно быть больше, чем или равным 0.
Gate ohmic resistance: Транзисторное сопротивление затвора, то есть, серийное сопротивление сопоставлено с контактом логического элемента. Значение по умолчанию является Омом 8.4. Значение должно быть больше, чем или равным 0.
Drift region low-bias resistance for gated region: Сопротивление _RD в текущем дренажом уравнении. Это представляет сопротивление объемной части области дрейфа в отсутствие истощения от верхних и нижних интерфейсов. Значение по умолчанию является Омом 0.1. Значение должно быть больше, чем или равным 0.
Drift region depletion layer thickness factor: Параметр _λD в текущем дренажом уравнении. Это - отношение вертикальных глубин _y1 и _y2 при нулевом смещении, где _y1 представляет область пространственного заряда, и _y2 представляет неистощенную часть области дрейфа. Значением по умолчанию является 0.2.

Емкости

Oxide capacitance: Параллельный канал затвора пластины и емкость области дрейфа логического элемента. Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа. Значением по умолчанию является [1600.0, 1000.0] pF.
Gate-source overlap capacitance: Фиксированная, линейная емкость, сопоставленная с перекрытием электрода затвора с источником хорошо. Значением по умолчанию является 15 pF.
Gate-drain overlap capacitance: Фиксированная, линейная емкость сопоставлена с перекрытием электрода затвора с отстойником. Значением по умолчанию является 15 pF.

Диод тела

Reverse saturation current: Ток, определяемый символом _Is в уравнениях диода тела. Значением по умолчанию является 1e-13 A.
Built-in voltage: Встроенное напряжение диода, определяемого символом _Vbi в уравнениях диода тела. Значением по умолчанию является 0.6 V.
Ideality factor: Фактор определяется символом n в уравнениях диода тела. Значением по умолчанию является 1.
Zero-bias junction capacitance: Емкость между дренажом и объемом связывается при нулевом смещении из-за одного только диода тела. Это определяется символом _Cj0 в уравнениях диода тела. Значением по умолчанию является 1800 pF.
Transit time: Время определяется символом τ в уравнениях диода тела. Значением по умолчанию является 50 не уточнено.

Температурная зависимость

Parameterization

Выберите один из следующих методов для температурной параметризации зависимости:

None — Simulate at parameter measurement temperature — Температурная зависимость не моделируется. Это - метод по умолчанию.
Model temperature dependence — Образцовые температурно-зависимые эффекты. Обеспечьте значение для температуры симуляции устройства, _Ts и температурных масштабных коэффициентов для других параметров блоков.

Device simulation temperature

Температурный _Ts, в котором моделируется устройство. Значением по умолчанию является 25 °C.

Gain temperature exponent, [channel drift_region]

Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа. И в канале и в области дрейфа, усиление MOSFET, β, принято, чтобы масштабироваться экспоненциально с температурой, β = _βm1 (_Tm1/Ts) ^_ηβ. _βm1 является значением канала или усиления области дрейфа, как задано параметром Gain, [channel drift_region] от вкладки Main. η _β является соответствующим элементом параметра Gain temperature exponent, [channel drift_region]. Значением по умолчанию является [1.3, 1.3].

Flatband voltage temperature coefficient, [channel drift_region]

Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа. flatband напряжение, _FB V, принято, чтобы масштабироваться линейно с температурой, _FB V = V _FBm1 + (_Ts – _Tm1) S _{T, _VFB}. _VFBm1 является значением канала или области дрейфа flatband напряжение, как задано параметром Flatband voltage, [channel drift_region] от вкладки Main. _{_ST,VFB} является соответствующим элементом параметра Flatband voltage temperature coefficient, [channel drift_region]. Значением по умолчанию является [0.0005, 0.0005] V/K.

Surface potential at strong inversion temperature coefficient

Поверхностный потенциал при сильной инверсии, 2_ϕB, принят, чтобы масштабироваться линейно с температурой, _2ϕB = 2_ϕBm1 + (_Ts – _Tm1) _{_ST,ϕB}. 2_ϕBm1 значение параметра Surface potential at strong inversion от вкладки Main, и _{_ST,ϕB} является Surface potential at strong inversion temperature coefficient. Значением по умолчанию является -8.5e-4 V/K.

Velocity saturation temperature exponent, [channel drift_region]

Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа. Скоростное насыщение, _θsat, принято, чтобы масштабироваться экспоненциально с температурой, _θsat = _θsat,m1 (_Tm1/_Ts) ^_ηθ. _θsat,m1 является значением канала или скоростного фактора насыщения области дрейфа, как задано параметром Velocity saturation factor, [channel drift_region] от вкладки Main. η _θ является соответствующим элементом параметра Velocity saturation temperature exponent, [channel drift_region]. Значением по умолчанию является [1.04, 1.04].

Ohmic resistance temperature exponent

Серийные сопротивления приняты, чтобы соответствовать полупроводниковым сопротивлениям. Поэтому они уменьшаются экспоненциально с увеличением температуры. _Ri = _Ri,m1 (T/Ts) ^_ηR, где i является _Sm1, D или G, для источника, высушивает или пропускает серийное сопротивление, соответственно. _Ri,m1 является значением соответствующего серийного параметра сопротивления от вкладки Ohmic Resistance, и _ηR является Ohmic resistance temperature exponent. Значением по умолчанию является 0.95.

Drift region low-bias resistance temperature exponent for gated portion

Сопротивление R _D, сопротивление низкого смещения объемной части области дрейфа, масштабируется так же к другим серийным сопротивлениям. Отдельное значение температурной экспоненты для этого сопротивления обеспечивает дополнительную степень свободы. Значением по умолчанию является 0.95.

Body diode reverse saturation current temperature exponent

Противоположное насыщение, текущее для диода тела, принято, чтобы быть пропорциональным квадрату внутренней концентрации поставщика услуг, _ni = _NC exp _(–EG/2kBT). _NC является температурно-зависимой эффективной плотностью состояний, и _EG является температурно-зависимой запрещенной зоной для полупроводникового материала. Чтобы постараться не вводить другой температурный масштабный коэффициент, блок пропускает температурную зависимость запрещенной зоны и использует запрещенную зону кремния в 300K (1.12eV) для всех типов устройства. Поэтому масштабируемым температурой противоположным текущим насыщением дают

$I_{s} = I_{s, m 1} {(\frac{T_{s}}{T_{m 1}})}^{η_{I s}} \cdot \exp (\frac{E_{G}}{k_{B}} \cdot (\frac{1}{T_{m 1}} - \frac{1}{T_{s}})) .$

_Is,m1 является значением параметра Reverse saturation current от вкладки Body Diode, _kB является константой Больцманна (8.617x10-5eV/K), и _ηIs является Body diode reverse saturation current temperature exponent. Значением по умолчанию является 3, потому что _NC для кремния примерно пропорционален ^T3/2. Можно исправить эффект пренебрежения температурной зависимости запрещенной зоны прагматическим выбором _ηIs.

Ссылки

[1] Aarts, A., Н. Д'Аллевеин и Р. ван Лэнджевелд. “Поверхностная-потенциалом высоковольтная компактная транзисторная модель LDMOS”. Транзакции IEEE на электронных устройствах. 52 (5):999 - 1007. Июнь 2005.

[2] Ван Лэнджевелд, R., А. Дж. Шолтен и D. B.M. Клаассен. "Физическое образование модели 11 MOS. Уровень 1101". NAT.. Несекретный отчет 2003/00239. Апрель 2003.

[3] О, S-Y., Д. Э. Уорд и Р. В. Даттон. “Анализ переходных процессов МОП-транзисторов”. IEEE J. Твердотельные схемы. SC-15, стр 636-643, 1980.

Документация

FET N-канала LDMOS

Библиотека

Описание

Моделирование диода тела

Моделирование температурной зависимости

Тепловой порт

Порты

Параметры

Основной

Омическое сопротивление

Емкости

Диод тела

Температурная зависимость

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Темы

Введенный в R2017b

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Документация

FET N-канала LDMOS

Библиотека

Описание

Моделирование диода тела

Моделирование температурной зависимости

Тепловой порт

Порты

Параметры

Основной

Омическое сопротивление

Емкости

Диод тела

Температурная зависимость

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Темы

Введенный в R2017b

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.