P-Channel MOSFET

Полупроводниковый полупроводниковый транзистор P-канала оксида металла с использованием уравнения Шичмана-Ходжеса или модели на основе поверхностного потенциала

  • Библиотека:
  • Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры

  • P-Channel MOSFET block

Описание

Блок P-Channel MOSFET обеспечивает два основных варианта моделирования:

  • На основе порогового напряжения - использует уравнение Шичмана-Ходжеса, чтобы представлять устройство. Этот подход моделирования, основанный на пороговом напряжении, имеет преимущества простой параметризации и простых выражений напряжения тока. Однако эти модели имеют трудности в точном захвате переходов через пороговое напряжение и не имеют некоторых важных эффектов, таких как насыщение скорости. Для получения дополнительной информации смотрите Основанная на пороге модель.

    Этот вариант предоставляет четыре способа параметризации N-канального MOSFET:

    • Путем определения параметров из таблицы данных.

    • Путем непосредственного определения параметров уравнения.

    • По двумерной интерполяционной таблице аппроксимации к кривой I-V (ток-напряжение). Для получения дополнительной информации смотрите Представление двумерную интерполяционную таблицу.

    • По 3-D интерполяционной таблице приближение к кривой I-V (ток-напряжение), которая включает данные о температуре. Для получения дополнительной информации смотрите Представление 3-D Интерполяционную таблицу.

  • Основанный на поверхностном потенциале - Использует поверхностно-потенциальное уравнение, чтобы представлять устройство. Этот подход к моделированию обеспечивает более высокий уровень точности модели, чем могут обеспечить простые модели квадратного закона (основанные на пороге напряжения). Компромисс заключается в том, что существует больше параметров, которые требуют извлечения. Для получения дополнительной информации см. Модель.

Вместе с вариантами теплового порта (см. Тепловой порт), блок поэтому предоставляет вам четыре варианта выбора. Чтобы выбрать нужный вариант, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели. В контекстном меню выберите Simscape > Block choices, а затем один из следующих опций:

  • Threshold-based - Базовая модель, которая представляет устройство с помощью уравнения Шичмана-Ходжеса (основанного на пороговом напряжении) и не моделирует термальные эффекты. Это значение по умолчанию.

  • Threshold-based with thermal - Модель, основанная на пороговом напряжении и с пустым тепловым портом.

  • Surface-potential-based - Модель, основанная на поверхностном потенциале. Эта модель не моделирует термальные эффекты.

  • Surface-potential-based with thermal - Тепловой вариант модели, основанный на поверхностном потенциале.

Основанная на пороге модель

Основанный на пороге вариант блока использует уравнения Шичмана и Ходжеса [1] для полевого транзистора с изолированным затвором, чтобы представлять МОП-транзистор P-канала.

Ток стока-источника, IDS, зависит от области операции:

  • В отключенной области (- VGS < - Vth) ток источника стока:

    IDS=0

  • В линейной области (0 < - VDS < - VGS + Vth) ток источника стока:

    IDS=K((VGSVth)VDSVDS2/2)(1+λ|VDS|)

  • В насыщенной области (0 < - VGS + Vth < - VDS) ток источника стока:

    IDS=(K/2)(VGSVth)2(1+λ|VDS|)

В предыдущих уравнениях:

  • K - коэффициент усиления транзистора.

  • VDS - отрицательное напряжение источника стока.

  • VGS - напряжение источника затвора.

  • Vth - пороговое напряжение. Для четырехкомпонентной параметризации Vth получается с помощью этих уравнений:

    VBS область значенийVth уравнение
    VBS0Vth=VT0+γ(2ϕB)γ(2ϕB+VBS)
    0<VBS4ϕBVth=VT0γVBS2ϕB
    VBS>4ϕBVth=VT0+γ(2ϕB)

  • λ - модуляция канала.

Модель заряда для основанного на пороге варианта

Блок моделирует соединительные емкости либо по фиксированным емкостным значениям, либо по сведенным в таблицу значениям как функцию напряжения источника стока. В любом случае можно либо непосредственно задать значения емкости соединения затвора и затвора, либо позволить блоку вывести их из значений входной и обратной передаточной емкости. Поэтому опции Parameterization для модели заряда на вкладке Capacitance:

  • Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance - Обеспечьте фиксированные значения параметров из таблицы данных и дайте блоку преобразовать входные и обратные значения емкости передачи в значения емкости соединения, как описано ниже. Это метод по умолчанию.

  • Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance - Задайте фиксированные значения параметров емкости соединения непосредственно.

  • Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance - Обеспечить табличные значения напряжений емкости и стока-источника на основе графиков таблицы данных. Блок преобразует входные и обратные значения емкости переноса в значения емкости соединения, как описано ниже.

  • Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance - Предоставить табличные значения для соединительных емкостей и напряжения источника стока.

Используйте один из табличных опций емкости (Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance или Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance), когда таблица данных предоставляет график соединительных емкостей как функцию напряжения источника стока. Использование табличных значений емкости дает более точные динамические характеристики и избегает необходимости итерационной настройки параметров, чтобы соответствовать динамике.

Если вы используете Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance или Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance опция, вкладка Capacitance позволяет вам задавать Gate-drain junction capacitance, Gate-source junction capacitance и Drain-source junction capacitance значения параметров (фиксированные или табличные) непосредственно. В противном случае блок выводит их из Input capacitance, Ciss, Reverse transfer capacitance, Crss и Output capacitance, Coss значений параметров. Эти два метода параметризации связаны следующим образом:

  • CGD = Crss

  • CGS = CissCrss

  • CDS = CossCrss

Для параметризации четырех выводов Input capacitance, Ciss, Reverse transfer capacitance, Crss и Output capacitance, Coss получаются с помощью этих уравнений:

  • CGD = Crss

  • CGS + CGB = CissCrss

  • CDB = CossCrss

Упрощенная емкостная модель Майера используется, чтобы описать емкость источника затвора, CGS, объемную емкость затвора, CGB и емкость стока затвора, CGD. Эти рисунки показывают, как емкости затвора и источника затвора изменяются мгновенно, в то время как

Емкость затвора и источника затвора изменяется мгновенно.

Двух фиксированных емкостных опций (Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance или Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance) позвольте Вам емкость соединения ворот модели как фиксированная емкость источника ворот CGS и или фиксированное или нелинейная емкость утечки ворот CGD. Если вы выбираете Gate-drain charge function is nonlinear опция для параметра Gate-drain charge-voltage linearity, тогда отношение шибер-сток определяется кусочно-линейной функцией, показанной на следующем рисунке.

Для получения инструкции о том, как сопоставить временную характеристику с значениями емкости устройства, смотрите N-Channel IGBT блок страницы с описанием. Однако это отображение является только приблизительным, потому что напряжение Миллера обычно больше изменяется от порогового напряжения, чем в случае IGBT.

Примечание

Поскольку эта реализация блока включает модель заряда, вы должны смоделировать импеданс схемы, приводящей в действие ворота, чтобы получить репрезентативную динамику включения и выключения. Поэтому, если вы упрощаете схему управления затвором, представляя ее как управляемый источник напряжения, вы должны включать подходящий последовательный резистор между источником напряжения и затвором.

Представление по двумерной интерполяционной таблице

Для представления интерполяционной таблицы варианта детализированного блока, вы предоставляете сведенные в таблицу значения для токов истока-стока как функции от напряжения истока-затвора и напряжения истока-затвора. Основным преимуществом использования этой опции является скорость симуляции. Это также позволяет вам параметризовать устройство из измеренных данных или из данных, полученных из другой среды симуляции.

Этот рисунок показывает реализацию опции двумерной интерполяционной таблицы, когда вы задаете Isd-Vsd parameterization Provide negative and positive Vsd data:

Этот рисунок показывает реализацию опции двумерной интерполяционной таблицы, когда вы задаете Isd-Vsd parameterization Provide positive Vsd data only:

Для четырех выводов MOSFET потенциал поверхности и значения фактора тела вычисляются на основе ближайшего порогового напряжения, как показано на этом изображении:

Представление по 3-D Интерполяционным таблицам

Для представления интерполяционной таблицы, зависящей от температуры, детализированного варианта блока, вы предоставляете сведенные в таблицу значения для токов истока-стока как функции напряжения затвора источника, напряжения затвора источника и температуры.

Модель, основанная на поверхностном потенциале

Вариант блока, основанный на поверхностном потенциале, обеспечивает более высокий уровень точности модели, чем простая модель квадратного закона (основанная на пороге напряжения). Вариант блока на основе поверхностного потенциала включает следующие эффекты:

  • Полностью нелинейная емкостная модель (включая нелинейную емкость Миллера)

  • Сохранение заряда внутри модели, поэтому вы можете использовать модель для симуляций, чувствительных к заряду

  • Насыщение скорости и модуляция длины канала

  • Внутренний диод тела

  • Обратное восстановление в модели диода тела

  • Температурное масштабирование физических параметров

  • Для теплового варианта, динамического самонагрева (то есть можно симулировать эффект самонагрева на электрические характеристики устройства)

Эта модель является минимальной версией модели PSP мирового стандарта (см. https://briefs.techconnect.org/papers/introduction-to-psp-mosfet-model/), включая только определенные эффекты от модели PSP, чтобы найти баланс между точностью модели и сложностью. Для получения дополнительной информации о физическом фоне явлений, включенных в эту модель, см. [2].

Поверхностно-потенциальное уравнение выведено подобно способу, описанному на N-Channel MOSFET блоке страницы с описанием, со всеми напряжениями, зарядами и токами, умноженными на -1.

Общая модель состоит из внутренней MOSFET, заданной композицией поверхностного потенциала, диода тела, последовательных сопротивлений и фиксированных емкостей перекрытия, как показано на схеме.

Моделирование диода тела

Блок моделирует диод тела либо как идеальный, экспоненциальный диод, либо как сведенный в таблицу диод.

Экспоненциальный диод

Блок моделирует диод тела либо как идеальный, экспоненциальный диод, либо как сведенный в таблицу диод.

Когда вы задаете Model body diode Exponentialсоединительная и диффузионная емкости:

Idio=Is[exp(VBDnϕT)1]

Cj=Cj01+VBDVbi

Cdiff=τIsnϕTexp(VBDnϕT)

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.

Табличный диод

Чтобы смоделировать сведенный в таблицу диод, установите параметр Model body diode равным Tabulated I-V curve. Этот рисунок показывает реализацию табличной опции диода:

При выборе этой параметризации необходимо предоставить данные только для прямого смещения.

Блок реализует диод с помощью опции сплайна-интерполяции. Если диод превышает заданные табличные данные области значений, блок использует метод линейной экстраполяции в последней точке данных тока напряжения.

Примечание

Сведенный в таблицу диод не моделирует обратное разбиение.

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.

Основанная на пороге модель

Для варианта, основанного на пороге, можно включать моделирование зависимости статического поведения транзистора от температуры во время симуляции. Температурная зависимость соединительных емкостей не моделируется, что является гораздо меньшим эффектом.

При включении температурной зависимости транзистор, определяющий уравнения, остается неизменным. Коэффициент усиления, K и пороговое напряжение, Vth, становятся функцией от температуры согласно следующим уравнениям:

KTs=KTm1(TsTm1)BEX

V ths = Vth1 + α (Ts - Tm1)

где:

  • Tm1 - температура, при которой заданы параметры транзистора, заданная Measurement temperature значением параметров.

  • Ts - температура симуляции.

  • KTm1 - коэффициент усиления транзистора при температуре измерения.

  • KTs - коэффициент усиления транзистора при температуре симуляции. Это значение усиления транзистора, используемое в уравнениях MOSFET, когда моделируется температурная зависимость.

  • Vth1 - пороговое напряжение при температуре измерения.

  • Vths - пороговое напряжение при температуре симуляции. Это пороговое значение напряжения, используемое в уравнениях MOSFET, когда моделируется температурная зависимость.

  • BEX - показатель температуры мобильности. Типичное значение BEX - -1,5.

  • α - коэффициент температуры порога напряжения затвора, d Vth/ d T.

Для параметризации четырех выводов Vth получается с помощью этих уравнений:

VBS область значенийVth уравнение
VBS0dVthdT=dVT0dTγ22ϕBd2ϕBdT+γ22ϕBVBSd2ϕBdT
0<VBS4ϕBdVthdT=dVT0dTγVBS4(2ϕB)32d2ϕBdT
VBS>4ϕBdVthdT=dVT0dTγ22ϕBd2ϕBdT

Где:

  • ϕB=kTqln(NBni) - поверхностный потенциал и d2ϕBdT=1T[2ϕB(Eg(0)q+3kTq)].

  • Eg(0) - экстраполированная полоса диапазона нулевой степени, которая равна 1.16 eV для кремния.

  • VBS - напряжение массового источника.

Для большинства MOSFETS можно использовать значение по умолчанию -1.5 для BEX. Некоторые таблицы данных приводят значение для α, но чаще всего они обеспечивают температурную зависимость для источника стока от сопротивления, RDS(on). В зависимости от метода параметризации блоков, у вас есть два способа задать α:

  • Если вы параметризоваете блок из таблицы данных, вы должны предоставить RDS(on) при второй температуре измерения. Затем блок вычисляет значение α на основе этих данных.

  • Если вы параметризованы путем определения параметров уравнения, вы должны предоставить значение для α непосредственно.

Если у вас есть больше данных, содержащих ток стока как функцию напряжения затвора-источника для более чем одной температуры, то вы также можете использовать Simulink® Разработайте Optimization™ программное обеспечение, чтобы помочь настроить значения для α и BEX.

Модель, основанная на поверхностном потенциале

Модель, основанная на поверхностном потенциале, включает температурные эффекты емкостных характеристик, 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» (Surface-Potential-Based Variant).

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в вашей модели и выберите соответствующий вариант блока:

  • Для модели, основанной на пороговом напряжении и с пустым тепловым портом, выберите Simscape > Block choices > Threshold-based with thermal.

  • Для теплового варианта модели на основе поверхностного потенциала выберите Simscape > Block choices > Surface-potential-based with thermal.

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.

Допущения и ограничения

При моделировании температурной зависимости для варианта блока на основе порога примите к сведению следующее:

  • Блок не учитывает зависящие от температуры эффекты на соединительные емкости.

  • Когда вы задаете RDS(on) при второй температуре измерения, она должна быть приведена для той же рабочей точки (то есть того же тока стока и напряжения источника затвора), что и для другого RDS(on) значения. Несогласованные значения для RDS(on) при более высокой температуре приведут к нефизическим значениям для α и непредставительных результатов симуляции. Обычно RDS(on) увеличивается в 1,5 раза при увеличении температуры на сто степеней.

  • Возможно, вам потребуется настроить значения BEX и порогового напряжения, Vth, чтобы воспроизвести отношение IDS - VGS (при наличии) для данного устройства. Увеличение Vth перемещает IDS - VGS графики вправо. Значение BEX влияет на то, пересекают ли кривые IDS - VGS для разных температур друг друга, или нет, для областей значений VDS и VGS учитываемых. Поэтому неподходящее значение может привести к тому, что различные температурные кривые окажутся переупорядоченными. Цитирование RDS(on) значений для более высоких токов, предпочтительно близких к току, при котором он будет работать в вашей схеме, уменьшит чувствительность к точному значению BEX.

Порты

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с клеммой транзисторного затвора

Электрический порт сопоставлен с выводом стока транзистора

Электрический порт сопоставлен с выводом источника транзистора

Электрический порт сопоставлен с выводом тела транзистора

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Number of terminals равным Four.

Параметры

расширить все

Главная (вариант, основанный на пороге)

Это строение вкладки Main соответствует варианту блока на основе порога, который является вариантом по умолчанию. Если используется вариант блока на основе поверхностного потенциала, см. «Основной» (вариант на основе поверхностного потенциала).

Количество клемм блока.

Выберите один из следующих методов параметризации блоков:

  • Specify from a datasheet - Обеспечить сток-источник сопротивления и соответствующий ток стока и напряжение затвора-источника. Блок вычисляет коэффициент усиления транзистора для уравнений Шичмана и Ходжеса из этой информации. Это метод по умолчанию.

  • Specify using equation parameters directly - Обеспечивает коэффициент усиления транзистора.

Отношение напряжения стока-источника к току стока для заданных значений тока стока и напряжения затвора-источника. RDS(on) должно иметь положительное значение.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization.

Ток стока, используемый блоком, чтобы вычислить значение сопротивления стока-источника. IDS должно иметь отрицательное значение.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization.

Напряжение источника затвора, используемое блоком, чтобы вычислить значение сопротивления источника стока. VGS должно иметь отрицательное значение.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization.

Положительный коэффициент постоянного усиления для уравнений Шичмана и Ходжеса.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Specify using equation parameters directly.

Пороговое напряжение источника управления Vth в уравнениях Шичмана и Ходжеса. Для устройства расширения Vth должны быть отрицательными. Для устройства режима истощения Vth должны быть положительными.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Terminals равным Three.

Пороговое напряжение затвора-источника при нуле объемного напряжения Vth0 в уравнениях Шичмана и Ходжеса.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Terminals равным Four.

Модуляция длины канала, обычно обозначаемая математическим символом Когда в насыщенной области это минус скорость изменения тока стока с напряжением стока-источника. Влияние на ток стока, как правило, невелико, и эффектом пренебрегают, если вычислять коэффициент усиления транзистора, K от сопротивления источника стока, RDS(on). Типичное значение - 0,02, но эффект может быть проигнорирован в большинстве симуляций схем. Однако в некоторых схемах небольшое ненулевое значение может помочь числовой сходимости.

Пороговое напряжение затвора-источника при первом ненулевом объемном напряжении источника Vth1 в уравнениях Шичмана и Ходжеса.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Number of terminals с Four

  • Parameterization с Specify from a datasheet

Первое напряжение массового источника, Vbs1

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Number of terminals с Four

  • Parameterization с Specify from a datasheet

Пороговое напряжение затвора-источника во втором ненулевом объемном источнике напряжения, Vth2 в уравнениях Шичмана и Ходжеса.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Number of terminals с Four

  • Parameterization с Specify from a datasheet

Второе напряжение массового источника, Vbs2

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Number of terminals с Four

  • Parameterization с Specify from a datasheet

Коэффициент тела, γ.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Number of terminals с Four

  • Parameterization с Specify using equations parameters directly

Поверхностный потенциал

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Number of terminals с Four

  • Parameterization с Specify using equations parameters directly

Температура Tm1 при которой измеряется Drain-source on resistance, R_DS(on).

Вектор напряжений истока-затвора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization на Lookup table (2-D, temperature independent) или Lookup table (3-D, temperature dependent).

Вектор напряжений истока-стока, используемый для поиска таблицы. Векторные значения должны быть строго увеличены.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization на Lookup table (2-D, temperature independent) или Lookup table (3-D, temperature dependent).

Вектор исходно-объемных напряжений, используемый для поиска таблицы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Number of terminals равным Four и Parameterization к любому из Lookup table (2-D, temperature independent) или Lookup table (3-D, temperature dependent).

Сведенные в таблицу значения для токов истока-стока как функции от напряжения истока-затвора и напряжения истока-стока, которые будут использоваться для поиска 2-D таблице. Каждое значение в матрице задает ток стока-источника для определенной комбинации напряжения затвора-источника и напряжения стока-источника. Размер матрицы должен совпадать с размерностями, заданными векторами напряжения источника-затвора и напряжения стока источника.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Number of terminals равным Three и Parameterization к Lookup table (2-D, temperature independent).

Вектор температур, используемый для поиска по таблице. Векторные значения должны быть строго увеличены. Значения могут быть неоднородно разнесены.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Lookup table (3-D, temperature dependent).

Сведенные в таблицу значения для токов истока-стока как функции от напряжения истока-затвора, напряжения истока-стока и температуры, которые будут использоваться для поиска 2-D таблице. Каждое значение в матрице задает ток стока-источника для определенной комбинации напряжения затвора-источника, напряжения стока-источника и температуры. Размер матрицы должен совпадать с размерностями, заданными напряжением источника-затвора, напряжением стока источника и векторами температуры.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Number of terminals равным Three и Parameterization к Lookup table (3-D, temperature dependent).

Сведенные в таблицу значения напряжения порога затвора-источника как функции объемного напряжения источника для использования 2-D поиске таблицы Значения вектора должны быть строго увеличены.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Number of terminals равным Four и Parameterization к Lookup table (2-D, temperature independent).

Сведенные в таблицу значения для токов истока-стока при нулевом уровне объемного напряжения, как функции напряжения истока-затвора и напряжения стока истока, будут использоваться для поиска 2-D таблице. Каждое значение в матрице задает ток стока-источника для определенной комбинации напряжения затвора-источника и напряжения стока-источника. Размер матрицы должен совпадать с размерностями, заданными векторами напряжения источника-затвора и напряжения стока источника.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Number of terminals равным Four и Parameterization к Lookup table (2-D, temperature independent).

Сведенные в таблицу значения напряжения порога затвора-источника как функции напряжения и температуры насыпного источника, которые будут использоваться для поиска 3-D таблицы. Значения вектора должны быть строго увеличены.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Number of terminals равным Four и Parameterization к Lookup table (3-D, temperature dependent).

Сведенные в таблицу значения для токов истока-стока при нулевом уровне объемного напряжения, как функции напряжения истока-затвора, напряжения истока-стока и температуры, которые будут использоваться для поиска 3-D таблице. Каждое значение в матрице задает ток стока-источника для определенной комбинации напряжения затвора-источника, напряжения стока-источника и температуры. Размер матрицы должен совпадать с размерностями, заданными напряжением источника-затвора, напряжением стока источника и векторами температуры.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Number of terminals равным Four и Parameterization к Lookup table (3-D, temperature dependent).

Предоставление ли данных таблицы Isd-Vsd в виде симметричных данных. Если вы выбираете Provide negative and positive Vsd dataданные не симметричны. Если вы выбираете Provide positive Vsd data onlyблок поворачивается и поворачивает положительные данные, получая отрицательные данные.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization на Lookup table (2-D, temperature independent) или Lookup table (3-D, temperature dependent).

Главная (вариант, основанный на поверхностном потенциале)

Это строение вкладки Main соответствует варианту блока на основе поверхностного потенциала. Если вы используете основанный на пороге вариант блока, основанный на уравнениях Шичмана и Ходжеса, см. Main (Вариант, основанный на пороге).

Количество клемм блока.

Коэффициент усиления MOSFET, β. Этот параметр в основном определяет линейную область операции по ID - VDS характеристике.

Плоское напряжение, VFB, задает смещение затвора, которое должно быть приложено порядком для достижения плоского условия на поверхности кремния. 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 и Surface potential at strong inversion, и использовать этот параметр только для подстройки.

Коэффициент тела, γ, в уравнении поверхностно-потенциал. Этот параметр в основном влияет на пороговое напряжение.

Термин 2 ϕB в уравнении поверхностно-потенциального потенциала. Этот параметр также в основном влияет на пороговое напряжение.

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. Для высоковольтных устройств часто бывает так, что хорошая подгонка к линейной операции приводит к току насыщения, который слишком низок. В таком случае либо увеличьте и усиление, и омическое сопротивление стока, либо используйте вместо этого P-Channel LDMOS FET блок.

Коэффициент, α, умножающий логарифмический член в GΔL уравнении. Этот параметр описывает начало модуляции длины канала. Для характеристик устройства, которые показывают положительную проводимость в насыщении, увеличьте значение параметров, чтобы соответствовать этому поведению. Значение по умолчанию 0, что означает, что модуляция длины канала отключена по умолчанию.

Напряжение Vp в GΔL уравнении. Этот параметр управляет напряжением стока, при котором модуляция длины канала начинает становиться активной.

Указывает на силу снижения мобильности. Подвижность μ = μ/ Gmob, где μ0 - подвижность низкого поля без эффекта поверхностного рассеяния. Коэффициент снижения мобильности, Gmob, задается Gmob=1+(θsrVeff)20, где θsr - коэффициент рассеяния шероховатости поверхности, а Veff - напряжение, которое указывает на эффективную напряженность вертикального электрического поля в канале, Eeff. Для высоких вертикальных электрических полей подвижность примерно пропорциональна Eeff для отверстий.

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. Ожидаемая область значений для этого значения параметров находится между 2 и 8.

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» (Surface-Potential-Based Variant).

Омическое Сопротивление

Сопротивление источника транзистора, то есть последовательное сопротивление, сопоставленное с контактом источника. Значение должно быть больше или равно 0. Значение по умолчанию для основанных на пороге вариантов 1e-4 Ом. Значение по умолчанию для вариантов на основе поверхностного потенциала 2e-3 Ом.

Сопротивление стока транзистора, то есть последовательное сопротивление, сопоставленное с контактом стока. Значение должно быть больше или равно 0. Значение по умолчанию для основанных на пороге вариантов 0.01 Ом. Значение по умолчанию для вариантов на основе поверхностного потенциала 0.17 Ом.

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

Зависимости

Этот параметр видим только для вариантов блока на основе поверхностного потенциала.

Сопротивление тела транзистора, то есть последовательное сопротивление, сопоставленное с контактом тела.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Number of terminals с Four.

  • Вариант блока на основе порогового потенциала.

Сопротивление тела транзистора, то есть последовательное сопротивление, сопоставленное с объемным контактом.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Number of terminals с Four.

  • Вариант блока на основе поверхностного потенциала.

Емкость

Эта вкладка видна только для основанного на пороге варианта блока.

Выберите один из следующих методов для параметризации емкости:

  • Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance - Предоставьте фиксированные значения параметров из таблицы данных и дайте блоку преобразовать входные, выходные и обратные значения емкости переноса в значения емкости соединения, как описано в модели заряда для варианта, основанного на пороге. Это метод по умолчанию.

  • Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance - Задайте фиксированные значения параметров емкости соединения непосредственно.

  • Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance - Обеспечить табличные значения емкостных и дренажных напряжений источника на основе графиков таблиц данных. Блок преобразует входные, выходные и обратные значения емкости переноса в значения емкости соединения, как описано в модели заряда для варианта на основе порога.

  • Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance - Предоставьте табличные значения для соединительных емкостей и напряжения истока-стока.

Емкость затвора-источника со стоком замкнула к источнику.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете одну из следующих опций для параметра в Capacitance настройках:

  • Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра, задайте вход емкость как скаляр. Значение по умолчанию 182 pF.

  • Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра Parameterization, задайте вход емкость как вектор. Значение по умолчанию [225 210 200 185 175 170] pF

Емкость сливного затвора с источником, соединенным с землей.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете одну из следующих опций для параметра в Capacitance настройках:

  • Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра, задайте вход емкость как скаляр. Значение по умолчанию 24 pF.

  • Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра Parameterization, задайте вход емкость как вектор. Значение по умолчанию [75 60 50 35 25 20] pF

Емкость источника стока с затвором и источником замкнута.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете одну из следующих опций для параметра в Capacitance настройках:

  • Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра, задайте вход емкость как скаляр. Значение по умолчанию 0 pF.

  • Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра Parameterization, задайте вход емкость как вектор. Значение по умолчанию [180 160 125 80 60 45] pF

Значение емкости, расположенной между затвором и источником.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете одну из следующих опций для параметра в Capacitance настройках:

  • Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра, задайте вход емкость как скаляр. Значение по умолчанию 158 pF.

  • Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра Parameterization, задайте вход емкость как вектор. Значение по умолчанию [150 150 150 150 150 150] pF

Значение емкости, расположенной между затвором и дренажем.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете одну из следующих опций для параметра в Capacitance настройках:

  • Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра, задайте вход емкость как скаляр. Значение по умолчанию 24 pF.

  • Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра Parameterization, задайте вход емкость как вектор. Значение по умолчанию [75 60 50 35 25 20] pF

Значение емкости, расположенной между стоком и источником.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете одну из следующих опций для параметра в Capacitance настройках:

  • Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра, задайте вход емкость как скаляр. Значение по умолчанию 0 pF.

  • Specify tabulated gate-source, gate-drain and drain-source capacitance - Если вы выбираете эту настройку для параметра Parameterization, задайте вход емкость как вектор. Значение по умолчанию [105 100 75 45 35 25] pF

Напряжения истока-стока, соответствующие сведенным в таблицу значениям емкости.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда параметр Parameterization, на вкладке Capacitance, установлен в Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance или к Specify tabulated gate-source, gate-drain and output capacitance.

Для табличных емкостных моделей этот параметр управляет зависимостью от напряжения Reverse transfer capacitance, Crss или параметра Gate-drain junction capacitance (в зависимости от выбранной опции параметризации). Эти емкости являются функцией напряжения стока-затвора. Блок вычисляет напряжения стока-затвора путем вычитания этого значения напряжения затвора-источника из отрицательного значения значений, заданных для параметра Corresponding source-drain voltages (Vdg = - Vsd - Vgs).

Зависимости

Этот параметр видим только, когда параметр Parameterization, на вкладке Capacitance, установлен в Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance или к Specify tabulated gate-source, gate-drain and output capacitance.

Две фиксированных опции емкости позволяют Вам емкость соединения ворот модели как фиксированная емкость источника ворот CGS и или фиксированное или нелинейная емкость утечки ворот CGD. Выберите, является ли дренажная емкость затвора фиксированной или нелинейной:

  • Gate-drain capacitance is constant - значение емкости является постоянным и определяется согласно выбранной опции параметризации, либо непосредственно, либо выведенной из таблицы данных. Это метод по умолчанию.

  • Gate-drain charge function is nonlinear - Отношение заряд-сток затвора определяется согласно кусочно-нелинейной функции, описанной в модели заряда для варианта на основе порога. Два дополнительных параметра позволяют вам задать функцию заряда стока-затвора.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда параметр Parameterization, на вкладке Capacitance, установлен в Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance или к Specify fixed gate-source, gate-drain and drain-source capacitance.

Емкость стока-затвора, когда напряжение стока-затвора меньше, чем значение параметров Drain-gate voltage at which oxide capacitance becomes active.

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Gate-drain charge-voltage linearity установлен в Gate-drain charge function is nonlinear.

Напряжение стока-затвора, при котором емкость стока-затвора переключается между значениями емкости вне состояния (CGD) и Cox (on-state).

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Gate-drain charge-voltage linearity установлен в Gate-drain charge function is nonlinear.

Линейность заряда и напряжения затвора и затвора.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда параметр Number of terminals, на вкладке Main, установлен в Four.

Емкости канала

Эта вкладка видна только для варианта блока на основе поверхностного потенциала.

Емкость канала затвора параллельного диска.

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

Фиксированная линейная емкость сопоставлена с перекрытием электрода затвора дренажной скважиной.

Диод тела

Будет ли моделировать диод тела.

Ток, обозначенный символом Is в уравнениях с диодом тела.

Чтобы обеспечить проводимость через диод тела, для приложений, где сигнал тока MOSFET изменяет во время симуляции, например, когда MOSFET управляет индуктивной нагрузкой, установите этот параметр в ненулевое значение.

Для приложений, где ток MOSFET никогда не изменяет знак, например, в усилителе с малым сигналом, установите этот параметр равным 0, чтобы улучшить скорость симуляции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model body diode равным Exponential.

Значение по умолчанию для этого параметра зависит от выбранного варианта для этого блока:

  • Вариант, основанный на пороге - Если вы выбираете этот вариант, значение по умолчанию 0 A.

  • Поверхностно-Потенциальный-Основанный Вариант - Если вы выбираете этот вариант, значение по умолчанию 5.2e-13 A.

Встроенное напряжение диода, обозначенное символом Vbi в уравнениях корпус-диод. Встроенное напряжение имеет влияние только на уравнение емкости соединения. Это не влияет на ток проводимости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model body diode равным Exponential.

Коэффициент, обозначенный символом n в уравнениях с диодом тела.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model body diode равным Exponential.

Емкость между дренажным и объемным контактами при нулевом смещении из-за одного только диода тела. Он обозначается символом Cj0 в уравнениях корпус-диод.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model body diode равным Exponential.

Значение по умолчанию для этого параметра зависит от выбранного варианта для этого блока:

  • Вариант, основанный на пороге - Если вы выбираете этот вариант, значение по умолчанию 0 pF.

  • Поверхностно-Потенциальный-Основанный Вариант - Если вы выбираете этот вариант, значение по умолчанию 480 pF.

Время, обозначенное символом τ в уравнениях тела-диода

Когда параметры Reverse saturation current и Transit time являются ненулевыми, этот блок включает обратное восстановление внутри модели диода тела.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model body diode равным Exponential.

Температура, при которой измеряются параметры блоков.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model body diode равным Exponential и на вкладке Main установите Parameterization значение Lookup table (2-D, temperature independent) или Lookup table (3-D, temperature dependent)

Сведенные в таблицу значения минимального напряжения, которое необходимо приложить для того, чтобы диод стал смещенным вперед.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model body diode равным Tabulated I-V curve и на вкладке Main установите Parameterization значение Lookup table (2-D, temperature independent) или Lookup table (3-D, temperature dependent)

Сведенные в таблицу значения прямого тока как функции от прямых напряжений.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model body diode равным Tabulated I-V curve и на вкладке Main установите Parameterization равным Lookup table (2-D, temperature independent).

Вектор температур соединений.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model body diode равным Tabulated I-V curve и на вкладке Main установите Parameterization равным Lookup table (3-D, temperature dependent).

Сведенные в таблицу значения прямого тока как функции от прямых напряжений и температур соединения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model body diode равным Tabulated I-V curve и на вкладке Main установите Parameterization равным Lookup table (3-D, temperature dependent).

Температурная зависимость (вариант, основанный на пороге)

Это строение вкладки Temperature Dependence соответствует варианту блока на основе порога, который является вариантом по умолчанию. Если вы используете вариант блока, основанный на поверхностном потенциале, см. «Температурная зависимость» (вариант, основанный на поверхностном потенциале)

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, Ts, значение для BEX и значение для Tm1 температуры измерения (используя параметр Measurement temperature на вкладке Main). Вы также должны предоставить значение для α с помощью одного из двух методов, в зависимости от значения параметра Parameterization на вкладке Main. Если вы параметризоваете блок из таблицы данных, вы должны предоставить RDS(on) при второй температуре измерения, и блок будет вычислять α на основе этого. Если вы параметризованы путем определения параметров уравнения, вы должны предоставить значение для α непосредственно.

Отношение напряжения стока-источника к току стока для заданных значений тока стока и напряжения затвора-источника при второй температуре измерения. Он должен быть приведен для той же рабочей точки (ток стока и напряжение затвора-источника), что и параметр Drain-source on resistance, R_DS(on) на вкладке Main.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main.

Вторая температура Tm2 при которой измеряется Drain-source on resistance, R_DS(on), at second measurement temperature.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify from a datasheet для параметра Parameterization на вкладке Main.

Скорость изменения порогового напряжения затвора с температурой.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify using equation parameters directly для параметра Parameterization на вкладке Main.

Значение температурного коэффициента мобильности. Для большинства MOSFET можно использовать значение по умолчанию. Факторы см. в разделе Допущения и ограничения.

Обратный ток насыщения для диода тела принимается пропорциональным квадрату собственной концентрации носителя, ni = NC exp (- EG/2 kB T). NC является зависимой от температуры эффективной плотностью состояний и EG является зависящей от температуры полосой для полупроводникового материала. Чтобы избежать введения другого параметра масштабирования температуры, блок пренебрегает температурной зависимостью полосы пропускания и использует полосу пропускания кремния в 300K (1.12eV) для всех типов устройств. Поэтому масштабированный по температуре обратный ток насыщения задается как

Is=Is,m1(TsTm1)ηIsexp(EGkB(1Tm11Ts)).

Is,m1 - значение параметра Reverse saturation current из вкладки Body Diode, kB является константой Больцмана (8,617x10-5eV/K), и ηIs является Body diode reverse saturation current temperature exponent. Значение по умолчанию 3, потому что NC для кремния примерно пропорциональна T3/2. Можно исправить эффект пренебрежения температурной зависимостью бандгапа прагматическим выбором ηIs.

Температура Ts при которой моделируется устройство.

Температурная зависимость (вариант, основанный на поверхностном потенциале)

Это строение вкладки Temperature Dependence соответствует варианту блока на основе поверхностного потенциала. Если вы используете основанный на пороге вариант блока, см. «Температурная зависимость» (Вариант, основанный на пороге)

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.

Коэффициент усиления MOSFET, β, принимается масштабируемым экспоненциально с температурой β = βm1 (Tm1/ Ts) ^ ηβ. βm1 - значение параметра Gain из вкладки Main, и ηβ Gain temperature exponent.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Model temperature dependence для параметра Parameterization.

Плоское напряжение, VFB, принимается линейным с температурой, VFB = VFBm1 + (Ts - Tm1) ST,VFB. VFBm1 - значение параметра Flatband voltage из вкладки Main, и ST,VFB Flatband voltage temperature coefficient.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Model temperature dependence для параметра Parameterization.

Потенциал поверхности при сильной инверсии, 2 ϕ B, принимается линейно масштабируемым с температурой 2ϕB = 2 ϕBm1 + (Ts - Tm1) ST,ϕB. 2 ϕBm1 является значением параметра Surface potential at strong inversion из вкладки Main, и S T, В является Surface potential at strong inversion temperature coefficient.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Model temperature dependence для параметра Parameterization.

Скоростное насыщение, θsat, принято, чтобы масштабироваться экспоненциально с температурой, θsat = θsat,m1 (Tm1/ Ts) ^ ηθ. θsat,m1 - значение параметра Velocity saturation factor из вкладки Main, и ηθ Velocity saturation temperature exponent.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Model temperature dependence для параметра Parameterization.

Этот параметр приводит к зависящему от температуры снижению транспроводимости MOSFET при высоком напряжении затвора. Рассеяние шероховатости поверхности, θsr, принято масштабируемым экспоненциально с температурой, θsr = θsr,m1 (Tm1/ Ts) ^ ηsr. θsr,m1 - значение параметра Surface roughness scattering factor из вкладки Main, и ηsr Surface roughness scattering temperature exponent.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Model temperature dependence для параметра Parameterization.

Последовательные сопротивления приняты соответствующими полупроводниковым сопротивлениям. Поэтому они уменьшаются экспоненциально с повышением температуры. Ri = Ri,m1 (Tm1/ Ts) ^ ηR, где i является S, D или G, для сопротивления истока, стока или ключа, соответственно. Ri,m1 - значение соответствующего параметра последовательного сопротивления из вкладки Ohmic Resistance, и ηR Resistance temperature exponent.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Model temperature dependence для параметра Parameterization.

Обратный ток насыщения для диода тела принимается пропорциональным квадрату собственной концентрации носителя, ni = NC exp (- EG/2 kB T). NC является зависимой от температуры эффективной плотностью состояний и EG является зависящей от температуры полосой для полупроводникового материала. Чтобы избежать введения другого параметра масштабирования температуры, блок пренебрегает температурной зависимостью полосы пропускания и использует полосу пропускания кремния в 300K (1.12eV) для всех типов устройств. Поэтому масштабированный по температуре обратный ток насыщения задается как

Is=Is,m1(TsTm1)ηIsexp(EGkB(1Tm11Ts)).

Is,m1 - значение параметра Reverse saturation current из вкладки Body Diode, kB является константой Больцмана (8,617x10-5eV/K), и ηIs является Body diode reverse saturation current temperature exponent. Значение по умолчанию 3, потому что NC для кремния примерно пропорциональна T3/2. Можно исправить эффект пренебрежения температурной зависимостью бандгапа прагматическим выбором ηIs.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Model temperature dependence для параметра Parameterization.

Температура Ts при которой моделируется устройство.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Model temperature dependence для параметра Parameterization.

Ссылки

[1] Шичман, Х. и Д. А. Ходжес. Моделирование и симуляция обмотки переключения полевого транзистора с изолированными затворами. Твердотельные схемы IEEE J. SC-3, 1968.

[2] Van Langevelde, R., A. J. Scholten, and D. B. M. Klaassen. "Физический фон MOS Model 11. Уровень 1101 ". Туземный. Лаборатория. Неклассифицированный доклад 2003/00239. Апрель 2003 года.

[3] О, S-Y., Д. Э. Уорд и Р. У. Даттон. «Переходный анализ МОП транзисторов». Твердотельные схемы IEEE J. SC-15, стр. 636-643, 1980.

Расширенные возможности

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

.

См. также

Введенный в R2008a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте