P-Channel LDMOS FET

Полупроводниковые или вертикально рассеянные полупроводниковые транзисторы P-канала с боковой диффузией оксида металла, подходящие для высокого напряжения

развернуть все на странице

Библиотека:
Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры

Описание

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

Нелинейные емкостные эффекты, сопоставленные с областью дрейфа
Поверхностное рассеяние и насыщение скорости в области дрейфа
Насыщение скорости и модуляция длины канала в области канала
Сохранение заряда внутри модели, поэтому вы можете использовать модель для симуляций, чувствительных к заряду
Внутренний диод тела
Обратное восстановление в модели диода тела
Температурное масштабирование физических параметров
Для теплового варианта (см. «Тепловой порт»), динамического самонагрева

Для получения информации о физическом фоне и определении уравнений смотрите N-Channel LDMOS FET блочной страницы с описанием. 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 подобна модели MOSFET на основе поверхностного потенциала с дополнительными выражениями для расчета заряда 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 идеальный, экспоненциальный диод с как соединительной, так и диффузионной емкостями:

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

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

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

где:

_Idio - ток через диод.
_Is - обратный ток насыщения.
_VBD - напряжение стока тела.
n является фактором идеальности.
_ϕT - тепловое напряжение.
_Cj - соединительная емкость диода.
_Cj0 является емкостью перехода с нулевым смещением.
_Vbi - это встроенное напряжение.
_Cdiff - диффузионная емкость диода.
τ - время транзита.

Емкости определяются посредством явного вычисления зарядов, которые затем дифференцируются, чтобы дать емкостные выражения выше. Блок вычисляет емкостные диодные токи как производные по времени от соответствующих зарядов, аналогичные расчетам в модели MOSFET на основе поверхностного потенциала.

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 емкостные характеристики, а также моделирование зависимости статического поведения транзистора от температуры во время симуляции.

Параметр Measurement temperature на вкладке Main задает температуру _Tm1 при которой были извлечены другие параметры устройства. Вкладка Temperature Dependence предоставляет температуру симуляции, _Ts и коэффициенты масштабирования температуры для других параметров устройства. Для получения дополнительной информации см. «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 из контекстного меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт, H на значке блока, и отображает параметры Thermal Port.

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты сгенерированного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и о параметрах Thermal Port, смотрите Симуляция Термальных эффектов в Полупроводниках.

Тепловой вариант блока включает динамическое самонагревание, то есть позволяет моделировать эффект самонагрева на электрические характеристики устройства.

Порты

Сохранение

расширить все

`G` - Терминал управления ключами
электрический

Электрический порт сопоставлен с клеммой транзисторного затвора

`D` - Дренажный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с выводом стока транзистора

`S` - Исходный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с выводом источника транзистора

Параметры

расширить все

Главный

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

Выигрыш, β, областей МОП-транзисторов. Значение параметров является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа. Этот параметр в основном определяет линейную область операции по _ID - _VDS характеристике. Значения обоих элементов должны быть больше 0.

`Flatband voltage, [channel drift_region]` - Плоское напряжение
`[-1.05, -0.1]` `V` (по умолчанию)

Плоское напряжение, _VFB, задает смещение затвора, которое должно быть приложено порядком для достижения плоского условия на поверхности кремния. Значение параметров является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа. Можно также использовать этот параметр, чтобы произвольно сдвинуть пороговое напряжение из-за различий функций работы материала и к захваченной границе раздела или оксидным зарядам. На практике, однако, обычно рекомендуется изменить пороговое напряжение, сначала используя параметры Body factor, [channel drift_region] и Surface potential at strong inversion, [channel drift_region], и использовать этот параметр только для подстройки.

Пороговое напряжение для области канала, для короткозамкнутого объемного соединения источника, 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, а γ - фактор тела, оба в области канала.

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

Коэффициент тела, γ, в уравнении поверхностно-потенциал. Значение параметров является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа.

Для области канала коэффициент тела является

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

Для получения дополнительной информации по этому уравнению см. N-Channel MOSFET страницы с описанием блоков. Уравнение области дрейфа аналогично, за исключением того, что _ND заменяется плотностью допинга, _NA. Область канала значения параметров в основном влияет на напряжение порога. Для области дрейфа этот параметр в основном влияет на модель заряда, а также оказывает незначительный эффект на поведение прижатия 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)

Термин 2 _ϕB в уравнении поверхностно-потенциального потенциала. Значение параметров является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа.

Область канала значения параметров также в основном влияет на напряжение порога. 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)

Насыщение скорости, _θsat, в уравнении сток-ток. Используйте этот параметр в случаях, когда хорошая подгонка к линейной операции приводит к слишком высокому току насыщения. Увеличивая это значение параметров, вы уменьшаете ток насыщения. Значение параметров 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 скорости в области канала отключено по умолчанию.

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

Коэффициент рассеяния поверхности, _θsurf, в уравнении тока стока. Этот параметр применяется только к области дрейфа и учитывает рассеяние в слое накопления из-за вертикального электрического поля.

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

Коэффициент, α, умножающий логарифмический член в _GΔL уравнении. Для получения дополнительной информации по этому уравнению см. N-Channel MOSFET страницы с описанием блоков. 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 только к области канала. Значение по умолчанию 0, что означает, что модуляция длины канала отключена по умолчанию.

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

Напряжение _Vp в _GΔL уравнении. Для получения дополнительной информации по этому уравнению см. N-Channel MOSFET страницы с описанием блоков. Этот параметр управляет напряжением стока, при котором модуляция длины канала начинает становиться активной. Этот параметр применяется только к области канала.

`Linear-to-saturation transition coefficient` - Коэффициент перехода от линейного к насыщению
`8` (по умолчанию)

Этот параметр управляет тем, как плавно MOSFET переходит от линейного к насыщению, особенно когда включено насыщение скорости. Этот параметр обычно может быть оставлен по умолчанию, но можно использовать его, чтобы подстроить колено характеристики _ID - _VDS. Этот параметр применяется как к канальным, так и к дрейфующим областям. Ожидаемая область значений для этого значения параметров находится между 2 и 8.

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

Температура _Tm1 при которой измеряются параметры блоков. Если параметр Device simulation temperature на вкладке Temperature Dependence отличается от этого значения, то параметры устройства будут масштабироваться от заданных значений в соответствии с симуляцией и эталонными температурами. Для получения дополнительной информации см. «Температурная зависимость».

Омическое Сопротивление

`Source ohmic resistance` - Исходное омическое сопротивление
`1e-4` `Ohm` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

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

`Drain ohmic resistance` - Дренажное омическое сопротивление
`0.07` `Ohm` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Сопротивление стока транзистора, то есть последовательное сопротивление, сопоставленное со дренажным контактом и с частью LOCOS области дрейфа, которое не сильно зависит от приложенного напряжения затвора. Значение должно быть больше или равно 0.

`Gate ohmic resistance` - Омическое сопротивление затвора
`8.4` `Ohm` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

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

`Drift region low-bias resistance for gated region` - Дрейфующая область с низким сопротивлением смещению для закрытой области
`0.1` `Ohm` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Сопротивление, _RD в уравнении тока стока. Он представляет сопротивление объемной части области дрейфа при отсутствии истощения от верхнего и нижнего интерфейсов. Значение должно быть больше или равно 0.

`Drift region depletion layer thickness factor` - Коэффициент толщины слоя истощения дрейфующей области
`0.2` (по умолчанию)

Параметр _λD в уравнении тока стока. Это отношение вертикальных глубин _y1 и _y2 при нулевом смещении, где _y1 представляет собой пространственную область заряда, а _y2 представляет неотведенную часть области дрейфа. Смотрите N-Channel LDMOS FET страницы с описанием блоков для рисунка.

Емкости

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

Емкость канала затвора параллельного диска и области затвора. Значение параметров является двухэлементным вектором, причем первый элемент соответствует каналу, а второй - области дрейфа.

`Gate-source overlap capacitance` - Затвор-источник перекрывает емкость
`15` `pF` (по умолчанию)

Фиксированная линейная емкость, сопоставленная с перекрытием электрода затвора с исходной скважиной.

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

Фиксированная линейная емкость сопоставлена с перекрытием электрода затвора дренажной скважиной.

Диод тела

`Reverse saturation current` - Обратный ток насыщения
`1e-13` `A` (по умолчанию)

Ток, обозначенный символом _Is в уравнениях с диодом тела.

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

Встроенное напряжение диода, обозначенное символом _Vbi в уравнениях корпус-диод.

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

Коэффициент, обозначенный символом n в уравнениях с диодом тела.

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

Емкость между дренажным и объемным контактами при нулевом смещении из-за одного только диода тела. Он обозначается символом _Cj0 в уравнениях корпус-диод.

`Transit time` - Время перехода
`50` `ns` (по умолчанию)

Время, обозначенное символом τ в уравнениях с диодом тела.

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 - Моделируйте температурно-зависимые эффекты. Задайте значение для температуры симуляции устройства, _Ts и коэффициентов масштабирования температуры для других параметров блоков.