Exponenta Banner

N-Channel LDMOS FET

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

расширьте все на странице
  • 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 в заряде 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 следующем рисунке.

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.

Следующий рисунок показывает эквивалентную схему модели.

Подход моделирования похож на [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 текущем течении 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 из поверхностного потенциала с помощью уравнения Пуассона. Для полупроводника n-типа при приближении постепенного канала уравнения определения:

∂2ψ∂y2≈qNDεSi[−1−exp(−ψ−2ϕBϕT)+exp(ψ−VCBϕT)]

ϕT=kBTq

где:

  • ψ является электростатическим потенциалом.

  • q является величиной электронного заряда.

  • ND является плотностью легирования области дрейфа.

  • ɛSi является диэлектрической проницаемостью полупроводникового материала (например, кремний).

  • ϕB является различием между внутренним параметром уровень 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:

ID=11+θsatVDK[flinRDVDK+β2⋅VGK2−VGD21+θsurf2(VGK+VGD)]

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 индекс G относится к логическому элементу с коррекцией 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

flin=1−λDVbi+VSB−VbiVbi

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 устойчиво, и выравнивается по ширине потому что большинство падений напряжения источника дренажа через область дрейфа в транзисторе на состоянии.

Модель заряда похожа на ту 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:

Idio=Is[exp(−VDBnϕT)−1]

Cj=Cj01+VDBVbi

Cdiff=τIsnϕTexp(−VDBnϕT)

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, похожих на расчет в поверхностной-потенциалом модели MOSFET.

Моделирование температурной зависимости

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

Модель включает температурные эффекты на характеристиках емкости, а также моделирование зависимости транзистора статическое поведение на температуре в процессе моделирования.

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 осушить 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 отсоединяет параметры Thermal Port.

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать 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 симулировать эффект самонагревания на электрических характеристиках устройства.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным выводом затвора

Электрический порт сохранения, сопоставленный с транзистором, истощает терминал

Электрический порт сохранения сопоставлен с транзисторным исходным терминалом

Параметры

развернуть все

Основной

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.

flatband напряжение, VFB, задает смещение затвора, которое должно быть применено для того, чтобы 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 в подстройке.

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

VT=VFB+2ϕB+2ϕT+γ2ϕB+2ϕT

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

Фактор тела, γ, в поверхностно-потенциальном уравнении. Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа.

Для области канала фактор тела

γ=2qεSiNACox

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 оказывает незначительное влияние на повышение - от поведения объемного тока через область дрейфа.

2ϕB называют в поверхностно-потенциальном уравнении. Значение параметров является двухэлементным вектором с первым элементом, соответствующим каналу и второму — в область дрейфа.

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

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.

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.

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. Значение по умолчанию 0, что означает, что модуляция длины канала прочь по умолчанию.

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.

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.

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.

Омическое сопротивление

Транзисторное исходное сопротивление, то есть, серийное сопротивление сопоставлено с исходным контактом.

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.

Транзисторное сопротивление затвора, то есть, серийное сопротивление сопоставлено с контактом логического элемента.

Сопротивление RD в текущем дренажом уравнении. Это представляет сопротивление объемной части области дрейфа в отсутствие истощения от верхних и нижних интерфейсов.

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.

Емкости

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.

Фиксированная, линейная емкость, сопоставленная с перекрытием электрода затвора с источником хорошо.

Фиксированная, линейная емкость сопоставлена с перекрытием электрода затвора с отстойником.

Диод тела

Ток, определяемый символом Is в уравнениях диода тела.

Встроенное напряжение диода, определяемого символом Vbi в уравнениях диода тела.

Фактор определяется символом n в уравнениях диода тела.

Емкость между дренажом и объемом связывается при нулевом смещении из-за одного только диода тела. Это определяется символом Cj0 в уравнениях диода тела.

Время определяется символом τ в уравнениях диода тела.

Температурная зависимость

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 — Температурно-зависимые эффекты модели. Введите значение для температуры симуляции устройства, Ts и температурных масштабных коэффициентов для других параметров блоков.

Температурный Ts, в котором симулировано устройство

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].

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].

Поверхностный потенциал при сильной инверсии, 2ϕB, принят, чтобы масштабироваться линейно с температурой, 2ϕB = 2ϕBm1 + (Ts – Tm1) ST,ϕB. 2ϕBm1 значение параметра Surface potential at strong inversion от вкладки Main, и ST,ϕB является Surface potential at strong inversion temperature coefficient.

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].

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.

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.

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

Is=Is,m1(TsTm1)ηIs⋅exp(EGkB⋅(1Tm1−1Ts)).

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.

Примеры модели

Interactive Generation of LDMOS Characteristics

Интерактивная генерация характеристик LDMOS

Позволяет пользователю исследовать удар выбора параметра на I-V и характеристиках C-V для поверхностного-потенциалом p-канала модель полевого транзистора LDMOS. Чтобы открыть этот пример, в Командном окне MATLAB®, введите: ee_p_ldmos_characteristics.

Вопросы совместимости

развернуть все

Поведение изменяется в R2019b

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.

Расширенные возможности

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

Смотрите также

|

Введенный в R2017b

Документация Simscape Electrical
Поддержка