高壓MOSFET與IGBT SPICE模型

　只要時(shí)間足夠，大部分工程師都能找到正確的方向。 作為工程師，您是否經(jīng)常需要了解電路應用中每個(gè)組件的性能? 是的。一般來(lái)說(shuō)，來(lái)自半導體公司的模型能否反映真實(shí)的電路應用條件? 嗯…不一定。 即使找到正確的方向，充分并迅速地了解供應商提供的仿真模型是否真實(shí)反映既定應用空間內的器件仍然是棘手的問(wèn)題。

　　與競爭對手的模型不同，Fairchild的超級結MOSFET和IGBTSPICE模型基于一個(gè)物理可擴展模型，適用于整個(gè)技術(shù)平臺，而非針對每個(gè)器件尺寸和型號分別建模的獨立分立式模型庫。模型直接跟蹤布局和制程技術(shù)參數(圖1)?？蓴U展參數允許采用CAD電路設計工具進(jìn)行設計優(yōu)化。對于給定應用，最佳設備無(wú)法在固定的、分立式設備尺寸或額定值數據庫中找到。因此，設計人員常常束手束腳，不得已地采用次優(yōu)器件。圖2顯示了一個(gè)模型跟蹤超級結MOSFETS的挑戰性縮放CRSS特性并在IGBT中傳遞特性的能力。

　　以前，SPICE級的功率MOSFET模型是以簡(jiǎn)單分立式子電路或性能模型為基礎的。簡(jiǎn)單的子電路模型常常過(guò)于簡(jiǎn)單，不足以捕獲所有器件性能，如IV(電流與電壓)、 CV(電容與電壓)、瞬態(tài)和熱性能，且不包含任何器件結構關(guān)系和制程參數。電熱性能模型改進(jìn)了精度，但是，模型與物理設備結構和制程參數之間的關(guān)系仍不夠明確。而且，眾所周知，這種性能模型存在速度和聚合問(wèn)題。這點(diǎn)非常關(guān)鍵，設計人員不希望模型在仿真中不能立即收斂或直接發(fā)生故障，僅僅是因為某些數字性溢出故障。

　　圖1：超級結MOSFET (a)和IGBT (b)橫截面，模型中包含嵌入式樣品制程參數

　　圖2：可從一個(gè)物理模型擴展(a) SuperFET CRSS(b) IGBT IC與VGE

　　Fairchild的新型HV SPICE模型不僅僅是匹配數據表。我們執行了廣泛的設備和電路級別的特性分析來(lái)確保模型精度。例如，采用行業(yè)標準雙脈沖測試電路來(lái)驗證模型的精度，如圖所示。通過(guò)實(shí)際電路工作條件下的設備操作來(lái)驗證模型的電熱精度(圖4)，而非僅僅提供數據表冷卻曲線(xiàn)圖。完整的電熱仿真性能帶電熱啟用符號(圖5)允許系統級的電熱優(yōu)化。

　　圖3：SuperFET雙脈沖檢驗(a)簡(jiǎn)化原理圖(b)導通(c)關(guān)斷

　　圖4：電熱檢驗： ID與脈沖寬度

　　圖5：電熱IGBT符號

　　現在，新開(kāi)發(fā)的物理可擴展SPICE模型集成了工藝技術(shù)，位于設計流程的最前沿。憑借SPICE模型，設計人員可先模擬產(chǎn)品性能再進(jìn)行器件制造，這樣就能縮短設計和制造周期，進(jìn)而降低成本并加快產(chǎn)品上市時(shí)間。SPICE模型可配合新HV技術(shù)開(kāi)發(fā)使用，以便制作虛擬產(chǎn)品原型。在成熟技術(shù)中，設計人員可對虛擬器件尺寸進(jìn)行擴展以?xún)?yōu)化新開(kāi)發(fā)的SPICE模型。