P-канал LDMOS FET

P-канальные латерально диффундирующие полупроводниковые оксиды металлов или вертикально диффундирующие металлоксидные полупроводниковые транзисторы, подходящие для высокого напряжения

развернуть все на странице

Библиотека:
Simscape/Электрические/Полупроводники и преобразователи

Описание

Блок P-Channel LDMOS FET позволяет моделировать транзисторы LDMOS (или VDMOS), подходящие для высокого напряжения. Модель основана на потенциале поверхности и включает эффекты из-за расширенной области стока (дрейфа):

Нелинейные емкостные эффекты, связанные с областью дрейфа
Поверхностное рассеяние и насыщенность скоростью в области дрейфа
Насыщенность скоростью и модуляция длины канала в области канала
Сохранение заряда внутри модели, чтобы можно было использовать модель для моделирования, чувствительного к заряду
Внутренний корпусной диод
Обратное восстановление в модели боди-диода
Температурное масштабирование физических параметров
Для варианта охлаждения (см. «Тепловой порт») динамический самонагрев

Для получения информации о физическом фоне и определении уравнений см. справочную страницу блока N-Channel LDMOS FET. Версии модели LDMOS как p-типа, так и n-типа используют один и тот же базовый код с соответствующими преобразованиями напряжения для учета различных типов устройств.

Модель заряда аналогична модели МОП-транзистора на основе поверхностного потенциала с дополнительными выражениями для учета заряда в области дрейфа. Блок использует производные уравнения, описанные в [1], которые включают как инверсию, так и накопление в области дрейфа.

Моделирование корпусного диода

Блок моделирует корпусной диод как идеальный, экспоненциальный диод с как переходными, так и диффузионными ёмкостями:

$_{}_{Idio=Is} [\exp \frac{_{}}{_{}} (-VBDnϕT)$ −1]

$_{Cj} \frac{=_{}}{\sqrt{\frac{{Cj01}_{+}}{_{}}}}$ VBDVbi

$_{Cdiff} \frac{=_{}}{_{}} \frac{_{}}{_{}}$

где:

_Идио - ток через диод.
_{Является} током обратного насыщения.
_VBD - напряжение стока корпуса.
n - фактор идеальности.
_{β T} - тепловое напряжение.
_Cj - переходная емкость диода.
_Cj0 - емкость перехода с нулевым смещением.
_Vbi - встроенное напряжение.
_Cdiff - диффузионная ёмкость диода.
start- время прохождения.

Емкости определяются посредством явного вычисления зарядов, которые затем дифференцируются для получения емкостных выражений выше. Блок вычисляет токи емкостного диода как производные времени соответствующих зарядов, аналогично вычислению в МОП-модели на основе поверхностного потенциала.

Моделирование температурной зависимости

Поведение по умолчанию заключается в том, что зависимость от температуры не моделируется, а устройство моделируется при температуре, для которой предоставляются параметры блока. Для моделирования зависимости от температуры во время моделирования выберите Model temperature dependence для параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Температурная зависимость (Temperature Dependence

Модель включает влияние температуры на емкостные характеристики, а также моделирование зависимости статического поведения транзистора от температуры при моделировании.

Параметр Температура измерения (Measurement temperature) на вкладке Главная (Main) указывает _Tm1 температуры, при которой были извлечены другие параметры устройства. На вкладке Температурная зависимость (Temperature Dependence) представлены значения температуры моделирования, _Ts и коэффициенты температурного масштабирования для других параметров устройства. Дополнительные сведения см. в разделе Температурная зависимость.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем в контекстном меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отображает параметры теплового порта.

Используйте тепловой порт для моделирования влияния генерируемого тепла и температуры устройства. Дополнительные сведения об использовании тепловых портов и о параметрах тепловых портов см. в разделе Моделирование тепловых эффектов в полупроводниках.

Тепловой вариант блока включает в себя динамический самонагрев, то есть позволяет моделировать влияние самонагрева на электрические характеристики устройства.

Порты

Сохранение

развернуть все

`G` - Клемма затвора
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с выводом транзисторного затвора

`D` - Клемма дренажа
электрический

Порт экономии электроэнергии, связанный с выводом стока транзистора

`S` - Терминал-источник
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с выводом транзисторного источника

Параметры

развернуть все

Главный

`Gain, [channel drift_region]` - Выигрыш
`[11.6, .01]` `A/V²` (по умолчанию)

Коэффициент усиления β областей MOSFET. Значение параметра является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа. Этот параметр в первую очередь определяет линейную область работы для характеристики _ID-VDS. Значения обоих элементов должны быть больше 0.

`Flatband voltage, [channel drift_region]` - Напряжение в плоском диапазоне
`[-1.05, -0.1]` `V` (по умолчанию)

Напряжение плоского диапазона _VFB определяет смещение затвора, которое должно быть приложено для достижения состояния плоского диапазона на поверхности кремния. Значение параметра является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа. Этот параметр можно также использовать для произвольного сдвига порогового напряжения из-за различий в рабочих функциях материала, а также для захвата интерфейсных или оксидных зарядов. На практике, однако, обычно рекомендуется изменять пороговое напряжение, используя коэффициент Body, [drift_region канала] и поверхностный потенциал при сильной инверсии, сначала параметры [drift_region канала], и использовать этот параметр только для точной настройки.

Пороговое напряжение для канальной области для короткозамкнутого соединения источник-масса составляет приблизительно

$-_{} VT_{=} {VFB}_{} +_{} 2ϕB \sqrt{+_{} 2ϕT_{+}}$ γ2ϕB + 2ϕT

где _2ϕB - поверхностный потенциал при сильной инверсии, а γ - фактор тела, как в области канала.

`Body factor, [channel drift_region]` - Коэффициент тела
`[3.4, 2.5]` `V^1/2` (по умолчанию)

Коэффициент тела γ в уравнении «поверхность-потенциал». Значение параметра является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа.

Для области канала коэффициент тела равен

$γ \frac{\sqrt{=_{}_{}}}{_{}}$ 2qαSiNDCox

Для получения подробной информации об этом уравнении см. справочную страницу блока MOSFET N-канала. Уравнение области дрейфа аналогично, за исключением того, что _ND заменяется плотностью легирования NA. Значение параметра канальной области в первую очередь влияет на пороговое напряжение. Для области дрейфа этот параметр в первую очередь влияет на модель заряда, а также оказывает незначительное влияние на поведение сжатия объемного тока через область дрейфа.

`Surface potential at strong inversion, [channel drift_region]` - Поверхностный потенциал при сильной инверсии
`[0.95, 0.95]` `V` (по умолчанию)

Член _2ϕB в уравнении «поверхность-потенциал». Значение параметра является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа.

Значение параметра канальной области также в первую очередь влияет на пороговое напряжение. Для области дрейфа этот параметр влияет только на модель заряда.

`Velocity saturation factor, [channel drift_region]` - Коэффициент насыщения скорости
`[0.0, 0.1]` `1/V` (по умолчанию)

Насыщенность по скорости в уравнении «сток-ток». Этот параметр используется в тех случаях, когда хорошее вписывание в линейную операцию приводит к слишком высокому току насыщения. При увеличении этого значения параметра уменьшается ток насыщения. Значение параметра является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа. Значение по умолчанию: [0.0, 0.1] 1/V, что означает, что насыщение скоростью в области канала выключено по умолчанию.

`Drift region surface scattering factor` - Коэффициент рассеяния поверхности области дрейфа
`0` `1/V` (по умолчанию)

Коэффициент поверхностного рассеяния _в уравнении «сток-ток». Этот параметр применяется только к области дрейфа и учитывает рассеяние в накопительном слое вследствие вертикального электрического поля.

`Channel-length modulation factor` - коэффициент модуляции длины канала;
`0` (по умолчанию)

Множитель, α, умножающий логарифмический член в уравнении _GΔL. Для получения подробной информации об этом уравнении см. справочную страницу блока MOSFET N-канала. Этот параметр описывает начало модуляции длины канала. Для характеристик устройства, которые демонстрируют положительную проводимость при насыщении, увеличьте значение параметра, чтобы соответствовать этому поведению. Этот параметр применяется только к области канала. Значение по умолчанию: 0, что означает, что модуляция длины канала по умолчанию отключена.

`Channel-length modulation voltage` - Напряжение модуляции длины канала
`5e-2` `V` (по умолчанию)

Напряжение _Vp в уравнении _GΔL. Для получения подробной информации об этом уравнении см. справочную страницу блока MOSFET N-канала. Этот параметр управляет напряжением стока, при котором модуляция длины канала начинает активизироваться. Этот параметр применяется только к области канала.

`Linear-to-saturation transition coefficient` - Линейный коэффициент перехода к насыщению
`8` (по умолчанию)

Этот параметр управляет плавностью перехода MOSFET от линейного к насыщению, особенно при включенной насыщенности скоростью. Этот параметр обычно может быть оставлен на его значение по умолчанию, но его можно использовать для точной настройки колена признака _ID-VDS. Этот параметр применяется как к области канала, так и к области дрейфа. Ожидаемый диапазон для этого значения параметра находится в диапазоне от 2 до 8.

`Measurement temperature` - Температура измерения
`25` `degC` (по умолчанию)

_Tm1 температуры, при которой измеряются параметры блока. Если параметр Температура моделирования устройства (Device simulation temperature parameter) на вкладке Температурная зависимость (Temperature Dependence) отличается от этого значения, то параметры устройства будут масштабированы из определенных значений в соответствии с расчетными и эталонными температурами. Дополнительные сведения см. в разделе Температурная зависимость.

Омическое сопротивление

`Source ohmic resistance` - Омическое сопротивление источника
`1e-4` `Ohm` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Сопротивление транзисторного источника, то есть последовательное сопротивление, связанное с контактом источника. Значение должно быть больше или равно 0.

`Drain ohmic resistance` - Омическое сопротивление стока
`0.07` `Ohm` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Сопротивление стока транзистора, то есть последовательное сопротивление, связанное с контактом стока и с LOCOS-частью области дрейфа, которая не подвергается сильному воздействию приложенного напряжения затвора. Значение должно быть больше или равно 0.

`Gate ohmic resistance` - Омическое сопротивление затвора
`8.4` `Ohm` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Сопротивление транзисторного затвора, то есть последовательное сопротивление, связанное с контактом затвора. Значение должно быть больше или равно 0.

`Drift region low-bias resistance for gated region` - Сопротивление низкому смещению области дрейфа для области стробирования
`0.1` `Ohm` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Сопротивление _RD в уравнении «сток-ток». Он представляет сопротивление объемной части области дрейфа при отсутствии истощения от верхней и нижней границ раздела. Значение должно быть больше или равно 0.

`Drift region depletion layer thickness factor` - Коэффициент толщины обедненного слоя зоны дрейфа
`0.2` (по умолчанию)

Параметр _{λ D} в уравнении «сток-ток». Это отношение вертикальных глубин _y1 и _y2 при нулевом смещении, где _y1 представляет область пространственного заряда, а _y2 представляет неделенную часть области дрейфа. Для получения иллюстрации см. справочную страницу блока N-Channel LDMOS FET.

Емкости

`Oxide capacitance, [channel drift_region]` - Емкость оксида
`[1600.0, 1000.0]` `pF` (по умолчанию)

Параллельный пластинчатый канал затвора и емкость области дрейфа затвора. Значение параметра является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа.

`Gate-source overlap capacitance` - Емкость перекрытия затвора-источника
`15` `pF` (по умолчанию)

Фиксированная линейная емкость, связанная с перекрытием электрода затвора с скважиной источника.

`Gate-drain overlap capacitance` - Емкость перекрытия затвора и стока
`15` `pF` (по умолчанию)

Фиксированная линейная емкость, связанная с перекрытием электрода затвора со сливной скважиной.

Основной диод

`Reverse saturation current` - Ток обратного насыщения
`1e-13` `A` (по умолчанию)

Ток, обозначенный символом _Is в уравнениях тело-диод.

`Built-in voltage` - Встроенное напряжение
`0.6` `V` (по умолчанию)

Встроенное напряжение диода, обозначаемое символом _Vbi в уравнениях тело-диод.

`Ideality factor` - Коэффициент идеальности
`1` (по умолчанию)

Коэффициент, обозначаемый символом n в уравнениях тело-диод.

`Zero-bias junction capacitance` - Емкость перехода с нулевым смещением
`1800` `pF` (по умолчанию)

Емкость между стоком и насыпным контактом при нулевом смещении, обусловленном только диодом корпуса. Обозначается символом _Cj0 в уравнениях тело-диод.

`Transit time` - Транзитное время
`50` `ns` (по умолчанию)

Время, обозначаемое в уравнениях тело-диод символом,

Температурная зависимость

`Parameterization` - Параметризация температурной зависимости
`None — Simulate at parameter measurement temperature` (по умолчанию) | `Model temperature dependence`

Выберите один из следующих методов параметризации температурной зависимости:

None — Simulate at parameter measurement temperature - Температурная зависимость не моделируется. Это метод по умолчанию.
Model temperature dependence - Модельные температурно-зависимые эффекты. Укажите значение температуры моделирования устройства, _{Ts и} коэффициенты температурного масштабирования для других параметров блока.