高壓MOSFET與IGBT SPICE模型

　只要時間足夠，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(yīng)用中每個組件的性能? 是的。一般來說，來自半導(dǎo)體公司的模型能否反映真實的電路應(yīng)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(yīng)商提供的仿真模型是否真實反映既定應(yīng)用空間內(nèi)的器件仍然是棘手的問題。

　　與競爭對手的模型不同，F(xiàn)airchild的超級結(jié)MOSFET和IGBTSPICE模型基于一個物理可擴展模型，適用于整個技術(shù)平臺，而非針對每個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(shù)(圖1)?？蓴U展參數(shù)允許采用CAD電路設(shè)計工具進行設(shè)計優(yōu)化。對于給定應(yīng)用，最佳設(shè)備無法在固定的、分立式設(shè)備尺寸或額定值數(shù)據(jù)庫中找到。因此，設(shè)計人員常常束手束腳，不得已地采用次優(yōu)器件。圖2顯示了一個模型跟蹤超級結(jié)MOSFETS的挑戰(zhàn)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模型是以簡單分立式子電路或性能模型為基礎(chǔ)的。簡單的子電路模型常常過于簡單，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(jié)構(gòu)關(guān)系和制程參數(shù)。電熱性能模型改進了精度，但是，模型與物理設(shè)備結(jié)構(gòu)和制程參數(shù)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題。這點非常關(guān)鍵，設(shè)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(shù)字性溢出故障。

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

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

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

　　圖3：SuperFET雙脈沖檢驗(a)簡化原理圖(b)導(dǎo)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(xiàn)在，新開發(fā)的物理可擴展SPICE模型集成了工藝技術(shù)，位于設(shè)計流程的最前沿。憑借SPICE模型，設(shè)計人員可先模擬產(chǎn)品性能再進行器件制造，這樣就能縮短設(shè)計和制造周期，進而降低成本并加快產(chǎn)品上市時間。SPICE模型可配合新HV技術(shù)開發(fā)使用，以便制作虛擬產(chǎn)品原型。在成熟技術(shù)中，設(shè)計人員可對虛擬器件尺寸進行擴展以優(yōu)化新開發(fā)的SPICE模型。