N-канал MOSFET

Полевой транзистор металлооксидного полупроводника N-канала с помощью или уравнения Шичмен-Ходжеса или поверхностной-потенциалом модели

Библиотека

Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters

Описание

Блок N-Channel MOSFET обеспечивает два основных варианта моделирования:

На основе порогового напряжения — Использование уравнение Шичмен-Ходжеса, чтобы представлять устройство. Этот подход моделирования, на основе порогового напряжения, обладает преимуществами простой параметризации и простых выражений текущего напряжения. Однако эти модели испытывают затруднения в точном получении переходов через пороговое напряжение и испытывают недостаток в некоторых важных эффектах, таких как скоростное насыщение. Для получения дополнительной информации см. пороговую Модель.
На основе поверхностного потенциала — Использование поверхностно-потенциальное уравнение, чтобы представлять устройство. Этот подход моделирования обеспечивает больший уровень точности модели, чем простой квадратичный закон, который могут обеспечить (пороговые-напряжением) модели. Компромисс - то, что существует больше параметров, которые требуют экстракции. Для получения дополнительной информации см. поверхностную-потенциалом Модель.

Вместе с тепловыми вариантами порта (см. Тепловой Порт), блок поэтому предоставляет вам четыре варианта. Чтобы выбрать желаемый вариант, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели. Из контекстного меню выберите Simscape> Block choices, и затем одна из следующих опций:

Threshold-based — Базовая модель, которая представляет устройство с помощью уравнения Шичмен-Ходжеса (на основе порогового напряжения) и не моделирует термальные эффекты. Это значение по умолчанию.
Threshold-based with thermal — Основанный на модели на пороговом напряжении и с представленным тепловым портом.
Surface-potential-based — Основанный на модели на поверхностном потенциале. Эта модель не моделирует термальные эффекты.
Surface-potential-based with thermal — Тепловой вариант основанного на модели на поверхностном потенциале.

Пороговая модель

Пороговый вариант блока использует уравнения Шичмена и Ходжеса [1] для полевого транзистора с изолированным затвором, чтобы представлять N-Channel MOSFET.

Текущий источник дренажа, _IDS, зависит от области операции:

В от области (_VGS <_Vth), текущий источник дренажа:

$I_{D S} = 0$
В линейной области (0 <_VDS <_VGS –_Vth), текущий источник дренажа:

$I_{D S} = K ((V_{G S} - V_{t h}) V_{D S} - V_{D S}^{2} / 2) (1 + λ | V_{D S} |)$
Во влажной области (0 <_VGS –_Vth <_VDS), текущий источник дренажа:

$I_{D S} = (K / 2) {(V_{G S} - V_{t h})}^{2} (1 + λ | V_{D S} |)$

В предыдущих уравнениях:

K является транзисторным усилением.
_VDS является положительным напряжением источника дренажа.
_VGS является напряжением источника логического элемента.
_Vth является пороговым напряжением.
λ является модуляцией канала.

Взимайте модель за пороговый вариант

Емкости перехода моделей блока или фиксированными значениями емкости, или сведенными в таблицу значениями как функция напряжения источника дренажа. В любом случае можно или непосредственно задать источник логического элемента и значения емкости перехода дренажа логического элемента, или позволить блоку вывести их от входа и инвертировать значения емкости передачи. Поэтому опции Parameterization для модели заряда на вкладке Junction Capacitance:

Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance — Обеспечьте зафиксированные значения параметров от таблицы данных и позвольте блоку преобразовать вход и инвертируйте значения емкости передачи к значениям емкости перехода, как описано ниже. Это - метод по умолчанию.
Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance — Обеспечьте фиксированные значения для параметров емкости перехода непосредственно.
Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance — Обеспечьте сведенную в таблицу емкость и значения напряжения источника дренажа на основе графиков таблицы данных. Блок преобразовывает вход и противоположные значения емкости передачи к значениям емкости перехода, как описано ниже.
Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance — Обеспечьте сведенные в таблицу значения для напряжения источника дренажа и емкостей перехода.

Используйте одну из сведенных в таблицу опций емкости (Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance или Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance), когда таблица данных предоставит график емкостей перехода как функция напряжения источника дренажа. Используя сведенную в таблицу емкость значения дают более точные динамические характеристики и избегают потребности в интерактивной настройке параметров, чтобы соответствовать динамике.

Если вы используете Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance или опцию Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance, вкладка Junction Capacitance позволяет вам задать Gate-drain junction capacitance, Gate-source junction capacitance и значения параметров Drain-source junction capacitance (зафиксированный или сведенный в таблицу) непосредственно. В противном случае блок выводит их от Input capacitance, Ciss, Reverse transfer capacitance, Crss и значений параметров Output capacitance, Coss. Эти два метода параметризации связаны можно следующим образом:

_CGD = Crss
_CGS = Ciss – Crss
_CDS = Coss – Crss

Две фиксированных опции емкости (Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance или Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance) позволяют вам, модель пропускает емкость перехода как фиксированную емкость затвор-исток _CGS и или фиксированное или нелинейная емкость затвор-сток _CGD. Если вы выбираете опцию Gate-drain charge function is nonlinear для параметра Charge-voltage linearity, то отношение заряда дренажа логического элемента задано кусочной линейной функцией, показанной в следующей фигуре.

Для получения инструкций по тому, как сопоставить ответ времени на значения емкости устройства, смотрите страницу с описанием блока N-Channel IGBT. Однако это отображение является только аппроксимированным, потому что напряжение Миллера обычно отличается больше от порогового напряжения, чем в случае для IGBT.

Примечание

Поскольку эта реализация блока включает модель заряда, необходимо смоделировать импеданс схемы, управляющей логическим элементом, чтобы получить представительный поворот - на и выключить динамику. Поэтому, если вы упрощаете управляющую схему логического элемента путем представления его как управляемого источника напряжения, необходимо включать подходящий последовательный резистор между источником напряжения и логическим элементом.

Поверхностная-потенциалом модель

Поверхностный-потенциалом вариант блока обеспечивает больший уровень точности модели, чем простой квадратичный закон (пороговая-напряжением) модель. Поверхностный-потенциалом вариант блока включает следующие эффекты:

Полностью нелинейная модель емкости (включая нелинейную емкость Миллера)
Заряжайте сохранение в модели, таким образом, можно использовать модель для заряда чувствительные симуляции
Скоростное насыщение и модуляция длины канала
Внутренний диод тела
Противоположное восстановление в диодной модели тела
Температурное масштабирование физических параметров
Для теплового различного, динамического самонагревания (то есть, можно моделировать эффект самонагревания на электрических характеристиках устройства),

Эта модель является минимальной версией мировой стандартной модели PSP (см. https://briefs.techconnect.org/papers/introduction-to-psp-mosfet-model/), только включая определенные эффекты из модели PSP в порядке установить равновесие между точностью модели и сложностью. Для получения дополнительной информации физического образования к явлениям, включенным в эту модель, см. [2].

Основанием модели является уравнение Пуассона:

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

$ϕ_{T} = \frac{k_{B} T}{q}$

где:

ψ является электростатическим потенциалом.
q является значением электронного заряда.
_NA является плотностью получателей в подложке.
_ɛSi является диэлектрической проницаемостью полупроводникового материала (например, кремний).
_ϕB является различием между внутренним уровнем Ферми и уровнем Ферми в объемном кремнии.
_VCB является потенциалом квазиферми поверхностного слоя, на который ссылаются к объему.
_ϕT является тепловым напряжением.
_kB является константой Больцманна.
T является температурой.

Уравнение Пуассона используется, чтобы вывести поверхностно-потенциальное уравнение:

${(V_{G B} - V_{F B} - ψ_{s})}^{2} = γ^{2} [ψ_{s} + ϕ_{T} (\exp (\frac{- ψ_{s}}{ϕ_{T}}) - 1) + ϕ_{T} \exp (- \frac{2 ϕ_{B} + V_{C B}}{ϕ_{T}}) (\exp (\frac{ψ_{s}}{ϕ_{T}}) - 1)]$

где:

_VGB является приложенным напряжением тела логического элемента.
_VFB является flatband напряжением.
_ψs является поверхностным потенциалом.
γ является фактором тела,

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

_Cox является областью емкости на единицу длины.

Блок использует явное приближение для поверхностно-потенциального уравнения, чтобы избежать потребности в числовом решении этого неявного уравнения.

Если поверхностный потенциал известен, дренаж, которым дан текущий _ID

$I_{D} = \frac{W μ_{0}}{L G_{Δ L} G_{m o b} \sqrt{1 + {(θ_{s a t} Δ ψ)}^{2}}} [- {\bar{Q}}_{i n v} Δ ψ + ϕ_{T} (Q_{i n v L} - Q_{i n v 0})]$

где:

W является шириной устройства.
L является длиной канала.
_μ0 является мобильностью низкого поля.
_θsat является скоростным насыщением.
Δψ является различием в поверхностном потенциале между дренажом и источником.
_Qinv0 и _QinvL являются плотностью инверсионного заряда в источнике и дренаже, соответственно.
${\bar{Q}}_{i n v}$ средняя плотность инверсионного заряда через канал.
_Gmob является фактором сокращения мобильности. Для получения дополнительной информации см. описание параметра Surface roughness scattering factor в основном разделе (Surface-Potential-Based Variant).
_GΔL является модуляцией длины канала.

$G_{Δ L} = 1 - \frac{Δ L}{L} = 1 - α \ln [\frac{V_{D B} - V_{D B, e f f} + \sqrt{{(V_{D B} - V_{D B, e f f})}^{2} + V_{p}^{2}}}{V_{p}}]$

где:

α является фактором модуляции длины канала.
_VDB является напряжением тела дренажа.
_VDB,eff является напряжением тела дренажа, отсеченным к максимальному значению, соответствующему скоростному насыщению или повышению - прочь (какой бы ни происходит сначала).
_Vp является напряжением модуляции длины канала.

Блок вычисляет плотность инверсионного заряда непосредственно из поверхностного потенциала.

Блок также вычисляет нелинейные емкости из поверхностного потенциала. Источник и вклады заряда дренажа присвоены с помощью зависимой смещением схемы выделения разделов заряда Опеки-Dutton, как описано в [3]. Эти заряды вычисляются явным образом, таким образом, эта модель является сохранением заряда. Емкостные токи вычисляются путем взятия производных времени соответствующих зарядов. На практике заряды в рамках симуляции нормированы к окисной емкости и вычислены в модулях вольт.

Усилением MOSFET, β, дают

$β = \frac{W μ_{0} C_{o x}}{L}$

Пороговым напряжением для закороченной объемной источником связи приблизительно дают

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

где:

2_ϕB поверхностный потенциал при сильной инверсии.

Полная модель состоит из внутреннего MOSFET, заданного поверхностно-потенциальной формулировкой, диодом тела, серийными сопротивлениями и зафиксированными емкостями перекрытия, как показано в схематическом.

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.

Пороговая модель

Для порогового варианта можно включать моделирование зависимости транзистора статическое поведение на температуре во время симуляции. Температурная зависимость емкостей перехода не моделируется, этот являющийся намного меньшим эффектом.

Когда включая температурную зависимость, транзисторные уравнения определяющего остаются то же самое. Усиление, K, и пороговое напряжение, V, становится функцией температуры согласно следующим уравнениям:

_th

$K_{T s} = K_{T m 1} {(\frac{T_{s}}{T_{m 1}})}^{B E X}$

_Vths = _Vth1 + α (_Ts – _Tm1)

где:

_Tm1 является температурой, при которой параметры транзистора заданы, как задано значением параметров Measurement temperature.
_Ts является температурой симуляции.
_KTm1 является транзисторным усилением при температуре измерения.
_KTs является транзисторным усилением при температуре симуляции. Это - транзисторное значение усиления, используемое в уравнениях MOSFET, когда температурная зависимость моделируется.
_Vth1 является пороговым напряжением при температуре измерения.
_Vths является пороговым напряжением при температуре симуляции. Это - пороговое значение напряжения, используемое в уравнениях MOSFET, когда температурная зависимость моделируется.
BEX является экспонентой температуры мобильности. Типичное значение BEX-1.5.
α является пороговым коэффициентом температуры напряжения логического элемента, d _Vth/dT.

Для большинства MOSFETS можно использовать значение по умолчанию -1.5 для BEX. Некоторые таблицы данных заключают значение в кавычки для α, но как правило они обеспечивают температурную зависимость для источника дренажа на сопротивлении, _RDS(on). В зависимости от метода параметризации блока у вас есть два способа задать α:

Если вы параметризовали блок от таблицы данных, необходимо обеспечить _RDS(on) при второй температуре измерения. Блок затем вычисляет значение для α на основе этих данных.
Если вы параметризовали путем определения параметров уравнения, необходимо обеспечить значение для α непосредственно.

Если у вас есть больше данных, включающих дренаж, текущий как функция напряжения источника логического элемента больше чем для одной температуры, то можно также использовать программное обеспечение Simulink^® Design Optimization™, чтобы помочь настроить значения для α и BEX.

Поверхностная-потенциалом модель

Поверхностная-потенциалом 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 T_m1, в котором были извлечены другие параметры устройства. Вкладка Temperature Dependence обеспечивает температуру симуляции, T _s и температурные масштабные коэффициенты для других параметров устройства. Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость (поверхностный-потенциалом Вариант).

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы представить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели и выберите соответствующий вариант блока:

Для основанного на модели на пороговом напряжении и с представленным тепловым портом, выберите Simscape> Block choices> Threshold-based with thermal.
Для теплового варианта основанного на модели на поверхностном потенциале выберите Simscape> Block choices> Surface-potential-based with thermal.

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.

Предположения и ограничения

При моделировании температурной зависимости для порогового варианта блока рассмотрите следующее:

Блок не составляет температурно-зависимые эффекты на емкости перехода.
Когда вы задаете _RDS(on) при второй температуре измерения, он должен быть заключен в кавычки для той же рабочей точки (то есть, тот же текущий дренаж и напряжение источника логического элемента) что касается другого значения _RDS(on). Противоречивые значения для _RDS(on) при более высокой температуре приведут к нефизическим значениям для α и нетипичных результатов симуляции. Обычно _RDS(on) увеличивается фактором приблизительно 1,5 для ста увеличений степени температуры.
Вы, возможно, должны настроить значения BEX и порогового напряжения, V _th, реплицировать _IDS –_VGS отношение (при наличии) для данного устройства. Увеличение _Vth перемещает _IDS-_–VGS графики направо. Значение BEX влияет, пересекает ли _IDS –_VGS кривые для различных температур друг друга, или нет, для областей значений _VDS и рассмотренного _VGS. Поэтому несоответствующее значение может привести к различным температурным кривым, кажущимся быть переупорядоченными. Заключение в кавычки значений _RDS(on) для более высоких токов, предпочтительно близко к току, в котором это будет действовать в вашей схеме, будет уменьшать чувствительность к точному значению BEX.

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

Параметры

Основной (пороговый вариант)
Основной (поверхностный-потенциалом вариант)
Омическое сопротивление
Емкость перехода
Емкости канала
Диод тела
Температурная зависимость (пороговый вариант)
Температурная зависимость (поверхностный-потенциалом вариант)

Основной (пороговый вариант)

Эта настройка параметров Main соответствует пороговому варианту блока, который является значением по умолчанию. Если вы используете поверхностный-потенциалом вариант блока, смотрите Основной (поверхностный-потенциалом Вариант).

Parameterization

Выберите один из следующих методов для параметризации блока:

Specify from a datasheet — Обеспечьте источник дренажа на сопротивлении и соответствующий текущий дренаж и напряжение источника логического элемента. Блок вычисляет транзисторное усиление для уравнений Шичмена и Ходжеса от этой информации. Это - метод по умолчанию.
Specify using equation parameters directly — Обеспечьте транзисторное усиление.

Drain-source on resistance, R_DS(on)

Отношение напряжения источника дренажа к дренажу, текущему для заданных значений текущего дренажа и напряжения источника логического элемента. _RDS(on) должен иметь положительное значение. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значение по умолчанию является Омом 0.025.

Drain current, Ids, for R_DS(on)

Дренаж, текущий использование блока, чтобы вычислить значение сопротивления источника дренажа. _IDS должен иметь положительное значение. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 6 A.

Gate-source voltage, Vgs, for R_DS(on)

Напряжение источника логического элемента использование блока, чтобы вычислить значение сопротивления источника дренажа. _VGS должен иметь положительное значение. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization. Значением по умолчанию является 10 V.

Gain, K

Положительный постоянный коэффициент усиления для уравнений Шичмена и Ходжеса. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization. Значение по умолчанию является 5^A/V2.

Gate-source threshold voltage, Vth

Пороговое напряжение источника логического элемента _Vth в уравнениях Шичмена и Ходжеса. Для устройства улучшения _Vth должен быть положительным. Для устройства режима истощения _Vth должен быть отрицательным. Значением по умолчанию является 1.7 V.

Channel modulation, L

Модуляция длины канала, обычно обозначаемая математическим символом λ. Когда во влажной области, это - скорость изменения дренажа, текущего с напряжением источника дренажа. Эффект на текущий дренаж является обычно небольшим, и эффектом пропускают, если вычисление транзистора получает K из источника дренажа на сопротивлении, _RDS(on). Типичное значение 0.02, но эффект может быть проигнорирован в большинстве симуляций схемы. Однако в некоторых схемах маленькое ненулевое значение может помочь числовой сходимости. Значением по умолчанию является 0 1/против.

Measurement temperature

Температурный _Tm1, в котором измеряется Drain-source on resistance, R_DS(on). Значением по умолчанию является 25 °C.

Основной (поверхностный-потенциалом вариант)

Эта настройка вкладки Main соответствует поверхностному-потенциалом варианту блока. Если вы используете пороговый вариант блока, на основе уравнений Шичмена и Ходжеса, смотрите Основной (пороговый Вариант).

Gain: Усиление MOSFET, β. Этот параметр, в основном, задает линейную область операции на _ID –_VDS характеристика. Значение должно быть больше, чем 0. Значение по умолчанию является 18^A/V2.
Flatband voltage: flatband напряжение, _VFB, задает смещение затвора, которое должно быть применено в порядке достигнуть flatband условия в поверхности кремния. Значением по умолчанию является -1.1 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.
Body factor: Фактор тела, γ, в поверхностно-потенциальном уравнении. Этот параметр, в основном, влияет на пороговое напряжение. Значение по умолчанию является 3.5^V1/2.
Surface potential at strong inversion: 2_ϕB называют в поверхностно-потенциальном уравнении. Этот параметр также, в основном, влияет на пороговое напряжение. Значением по умолчанию является 1 V.
Velocity saturation factor: Скоростное насыщение, _θsat, 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. Для высоковольтных устройств часто имеет место, что хорошая подгонка к линейной операции приводит к насыщению, текущему, который является слишком низким. В таком случае или увеличьте и усиление и дренаж омическое сопротивление или используйте блок N-Channel LDMOS FET вместо этого. Значением по умолчанию является 0.4 1/против.
Channel-length modulation factor: Фактор, α, умножая логарифмический термин в уравнении _GΔL. Этот параметр описывает начало модуляции длины канала. Для характеристик устройства, которые показывают положительную проводимость в насыщении, увеличьте значение параметров, чтобы соответствовать этому поведению. Значением по умолчанию является 0, что означает, что модуляция длины канала прочь по умолчанию.
Channel-length modulation voltage: Напряжение _Vp в уравнении _GΔL. Этот параметр управляет напряжением дренажа, при котором модуляция длины канала начинает становиться активной. Значение по умолчанию является мВ 50.
Surface roughness scattering factor: Указывает на силу сокращения мобильности. Мобильностью является μ = _μ0/_Gmob, где _μ0 является мобильностью низкого поля без эффекта поверхностного рассеивания. Фактором сокращения мобильности, _Gmob, дают $G_{m o b} = \sqrt{1 + {(θ_{s r} V_{e f f})}^{4}}$ , где _θsr является поверхностным фактором рассеивания шероховатости, и _Veff является напряжением, которое показательно из эффективной вертикальной силы электрического поля в канале, _Eeff. Для высоких вертикальных электрических полей мобильность примерно пропорциональна _Eeff ^2 для электронов. Значением параметров по умолчанию является 0 1/против.
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. 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 (поверхностный-потенциалом Вариант). Значением по умолчанию является 25 °C.

Омическое сопротивление

Source ohmic resistance: Транзисторное исходное сопротивление, то есть, серийное сопротивление сопоставлено с исходным контактом. Значение должно быть больше, чем или равным 0. Значение по умолчанию для пороговых вариантов является Омом 1e-4. Значение по умолчанию для поверхностных-потенциалом вариантов является Омом 2e-3.
Drain ohmic resistance: Транзисторное сопротивление дренажа, то есть, серийное сопротивление сопоставлено с контактом стока. Значение должно быть больше, чем или равным 0. Значение по умолчанию для пороговых вариантов является Омом 0.01. Значение по умолчанию для поверхностных-потенциалом вариантов является Омом 0.17.
Gate ohmic resistance: Транзисторное сопротивление затвора, то есть, серийное сопротивление сопоставлено с контактом логического элемента. Этот параметр видим только для поверхностных-потенциалом вариантов блока. Значение должно быть больше, чем или равным 0. Значение по умолчанию является Омом 8.4.

Емкость перехода

Эта вкладка видима только для порогового варианта блока.

Parameterization

Выберите один из следующих методов для параметризации емкости:

Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance — Обеспечьте зафиксированные значения параметров от таблицы данных и позвольте блоку преобразовать вход, выведите и инвертируйте значения емкости передачи к значениям емкости перехода, как описанные ответственный Модель для порогового Варианта. Это - метод по умолчанию.
Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance — Обеспечьте фиксированные значения для параметров емкости перехода непосредственно.
Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance — Обеспечьте сведенную в таблицу емкость и значения напряжения источника дренажа на основе графиков таблицы данных. Блок преобразовывает вход, вывод и противоположные значения емкости передачи к значениям емкости перехода, как описанные ответственный Модель для порогового Варианта.
Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance — Обеспечьте сведенные в таблицу значения для напряжения источника дренажа и емкостей перехода.

Input capacitance, Ciss

Емкость затвор-исток с дренажом, закороченным к источнику. Этот параметр видим только для следующих двух значений для параметра Parameterization:

Если вы выбираете Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance, значением по умолчанию является 350 pF.
Если вы выбираете Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance, значением по умолчанию является [720 700 590 470 390 310] pF.

Reverse transfer capacitance, Crss

Емкость логического элемента дренажа с источником, соединенным с землей, также известной как емкость Миллера. Этот параметр видим только для следующих двух значений для параметра Parameterization:

Если вы выбираете Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance, значением по умолчанию является 80 pF.
Если вы выбираете Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance, значением по умолчанию является [450 400 300 190 95 55] pF.

Output capacitance, Coss

Емкость сток-исток с логическим элементом и источником закорочена. Этот параметр видим только для следующих двух значений для параметра Parameterization:

Если вы выбираете Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance, значением по умолчанию является 0 pF.
Если вы выбираете Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance, значением по умолчанию является [900 810 690 420 270 170] pF.

Gate-source junction capacitance

Значение емкости помещается между логическим элементом и источником. Этот параметр видим только для следующих двух значений для параметра Parameterization:

Если вы выбираете Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance, значением по умолчанию является 270 pF.
Если вы выбираете Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance, значением по умолчанию является [270 300 290 280 295 255] pF.

Gate-drain junction capacitance

Значение емкости помещается между логическим элементом и дренажом. Этот параметр видим только для следующих двух значений для параметра Parameterization:

Если вы выбираете Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance, значением по умолчанию является 80 pF.
Если вы выбираете Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance, значением по умолчанию является [450 400 300 190 95 55] pF.

Drain-source junction capacitance

Значение емкости помещается между дренажом и источником. Этот параметр видим только для следующих двух значений для параметра Parameterization:

Если вы выбираете Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance, значением по умолчанию является 0 pF.
Если вы выбираете Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance, значением по умолчанию является [450 410 390 230 175 115] pF.

Corresponding drain-source voltages

Напряжения источника дренажа, соответствующие сведенным в таблицу значениям емкости. Этот параметр видим только для сведенных в таблицу моделей емкости (Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance или Specify tabulated gate-source, gate-drain and output capacitance). Значением по умолчанию является [0.1 0.3 1 3 10 30] V.

Gate-source voltage, Vgs, for tabulated capacitances

Для сведенных в таблицу моделей емкости этот параметр управляет зависимостью напряжения Reverse transfer capacitance, Crss или параметра Gate-drain junction capacitance (в зависимости от выбранной опции параметризации). Эти емкости являются функцией напряжения затвора дренажа. Блок вычисляет напряжения затвора дренажа путем вычитания этого значения напряжения источника логического элемента из значений, заданных для параметра Corresponding drain-source voltages. Значением по умолчанию является 0 V. Этот параметр видим только для сведенных в таблицу моделей емкости (Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance или Specify tabulated gate-source, gate-drain and output capacitance).

Charge-voltage linearity

Две фиксированных опции емкости (Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance или Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance) позволяют вам, модель пропускает емкость перехода как фиксированную емкость затвор-исток _CGS и или фиксированное или нелинейная емкость затвор-сток _CGD. Выберите, фиксируется ли емкость затвор-сток или нелинейна:

Gate-drain capacitance is constant — Значение емкости является постоянным и задано согласно выбранной опции параметризации, или непосредственно или выведенный от таблицы данных. Это - метод по умолчанию.
Gate-drain charge function is nonlinear — Отношение заряда дренажа логического элемента задано согласно кусочно-нелинейной функции, описанной ответственный Модель для порогового Варианта. Два дополнительных параметра, кажется, позволяют вам задать функцию заряда дренажа логического элемента.

Gate-drain oxide capacitance

Емкость затвор-сток, когда напряжение затвора дренажа является меньше, чем значение параметров Drain-gate voltage at which oxide capacitance becomes active. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Gate-drain charge function is nonlinear для параметра Charge-voltage linearity. Значением по умолчанию является 200 pF.

Drain-gate voltage at which oxide capacitance becomes active

Напряжение затвора дренажа, в котором емкость логического элемента дренажа переключается между несостояния (_CGD) и на состоянии (_Cox) значения емкости. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Gate-drain charge function is nonlinear для параметра Charge-voltage linearity. Значением по умолчанию является -0.5 V.

Емкости канала

Эта вкладка видима только для поверхностного-потенциалом варианта блока.

Oxide capacitance: Параллельная емкость канала затвора пластины. Значением по умолчанию является 1500 pF.
Gate-source overlap capacitance: Фиксированная, линейная емкость, сопоставленная с перекрытием электрода затвора с источником хорошо. Значением по умолчанию является 100 pF.
Gate-drain overlap capacitance: Фиксированная, линейная емкость сопоставлена с перекрытием электрода затвора с отстойником. Значением по умолчанию является 14 pF.

Диод тела

Reverse saturation current: Ток, определяемый символом _Is в уравнениях диода тела. Значением по умолчанию для порогового варианта является 0 A. Значением по умолчанию для поверхностного-потенциалом варианта является 5.2e-13 A.
Built-in voltage: Встроенное напряжение диода, определяемого символом _Vbi в уравнениях диода тела. Встроенное напряжение оказывает влияние только на уравнение емкости перехода. Это не влияет на текущую проводимость. 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 для порогового варианта является 0 pF. Значением по умолчанию для поверхностного-потенциалом варианта является 480 pF.
Transit time: Время определяется символом τ в уравнениях диода тела. Значением по умолчанию является 50 не уточнено.

Температурная зависимость (пороговый вариант)

Эта настройка вкладки Temperature Dependence соответствует пороговому варианту блока, который является значением по умолчанию. Если вы используете поверхностный-потенциалом вариант блока, смотрите Температурную Зависимость (поверхностный-потенциалом Вариант)

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, _Ts, значения для BEX и значения для температуры измерения _Tm1 (использующий параметр Measurement temperature на вкладке Main). Также необходимо обеспечить значение для α с помощью одного из двух методов, в зависимости от значения параметра Parameterization на вкладке Main. Если вы параметризовали блок от таблицы данных, необходимо обеспечить _RDS(on) при второй температуре измерения, и блок вычислит α на основе этого. Если вы параметризовали путем определения параметров уравнения, необходимо обеспечить значение для α непосредственно.

Drain-source on resistance, R_DS(on), at second measurement temperature

Отношение напряжения источника дренажа к дренажу, текущему для заданных значений текущего дренажа и напряжения источника логического элемента при второй температуре измерения. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main. Это должно быть заключено в кавычки для той же рабочей точки (высушите текущий и напряжение источника логического элемента) как параметр Drain-source on resistance, R_DS(on) на вкладке Main. Значение по умолчанию является Омом 0.037.

Second measurement temperature

Второй температурный _Tm2, в котором измеряется Drain-source on resistance, R_DS(on), at second measurement temperature. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main. Значением по умолчанию является 125 °C.

Gate threshold voltage temperature coefficient, dVth/dT

Скорость изменения порогового напряжения логического элемента с температурой. Этот параметр только видим, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main. Значение по умолчанию является -6 mV/K.

Mobility temperature exponent, BEX

Содействующее значение температуры мобильности. Можно использовать значение по умолчанию для большинства МОП-транзисторов. Смотрите раздел Assumptions и Limitations для дополнительных факторов. Значением по умолчанию является -1.5.

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.

Device simulation temperature

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

Температурная зависимость (поверхностный-потенциалом вариант)

Эта настройка вкладки Temperature Dependence соответствует поверхностному-потенциалом варианту блока. Если вы используете пороговый вариант блока, смотрите Температурную Зависимость (пороговый Вариант)

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.

Gain temperature exponent

Усиление MOSFET, β, принято, чтобы масштабироваться экспоненциально с температурой, β = β _m1 (_Tm1/_Ts) ^_ηβ. _βm1 является значением параметра Gain от вкладки Main, и _ηβ является Gain temperature exponent. Значением по умолчанию является 1.3.

Flatband voltage temperature coefficient

flatband напряжение, _FB V, принято, чтобы масштабироваться линейно с температурой, _FB V = _VFBm1 + (_Ts – _Tm1) _{_ST,VFB}. _VFBm1 является значением параметра Flatband voltage от вкладки Main, и _{_ST,VFB} является Flatband voltage temperature coefficient. Значением по умолчанию является 5e-4 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

Скоростное насыщение, _θsat, принято, чтобы масштабироваться экспоненциально с температурой, _θsat = _θsat,m1 (_Tm1/_Ts) ^_ηθ. _θsat,m1 является значением параметра Velocity saturation factor от вкладки Main, и _ηθ является Velocity saturation temperature exponent. Значением по умолчанию является 1.04.

Surface roughness scattering temperature exponent

Этот параметр приводит к температурно-зависимому сокращению активной межэлектродной проводимости MOSFET в высоком напряжении затвора. Поверхностное рассеивание шероховатости, _θsr, принято, чтобы масштабироваться экспоненциально с температурой, _θsr = _θsr,m1 (_Tm1/_Ts) ^_ηsr. _θsr,m1 является значением параметра Surface roughness scattering factor от вкладки Main, и _ηsr является Surface roughness scattering temperature exponent. Значением по умолчанию является 0.65.

Resistance temperature exponent

Серийные сопротивления приняты, чтобы соответствовать полупроводниковым сопротивлениям. Поэтому они уменьшаются экспоненциально с увеличением температуры. _Ri = _Ri,m1 (_Tm1/_Ts) ^_ηR, где i является S, 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 Resistance temperature exponent. Значением по умолчанию является 0.95.

Body diode reverse saturation current temperature exponent

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

_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 N _C для кремния примерно пропорционален ^T3/2. Можно исправить эффект пренебрежения температурной зависимости запрещенной зоны прагматическим выбором _ηIs.

Device simulation temperature

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

Ссылки

[1] Шичмен, H. и Д. А. Ходжес. “Моделирование и симуляция переключающих схем полевого транзистора с изолированным затвором”. IEEE J. Твердотельные схемы. SC-3, 1968.

[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

N-канал MOSFET

Библиотека

Описание

Пороговая модель

Взимайте модель за пороговый вариант

Примечание

Поверхностная-потенциалом модель

Моделирование диода тела

Моделирование температурной зависимости

Тепловой порт

Предположения и ограничения

Порты

Параметры

Основной (пороговый вариант)

Основной (поверхностный-потенциалом вариант)

Омическое сопротивление

Емкость перехода

Емкости канала

Диод тела

Температурная зависимость (пороговый вариант)

Температурная зависимость (поверхностный-потенциалом вариант)

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Введенный в R2008a

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Документация

N-канал MOSFET

Библиотека

Описание

Пороговая модель

Взимайте модель за пороговый вариант

Примечание

Поверхностная-потенциалом модель

Моделирование диода тела

Моделирование температурной зависимости

Тепловой порт

Предположения и ограничения

Порты

Параметры

Основной (пороговый вариант)

Основной (поверхностный-потенциалом вариант)

Омическое сопротивление

Емкость перехода

Емкости канала

Диод тела

Температурная зависимость (пороговый вариант)

Температурная зависимость (поверхностный-потенциалом вариант)

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Введенный в R2008a

Документация Simscape Electrical

Поддержка

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